تأثیر فراسنج‌های اجرایی بر سنتز احتراقی کامپوزیت‌های نیترید آلومینیوم- کاربید سیلیسیم با استفاده از منبع جامد نیتروژن به کمک میکروویو

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

زهرا عباسی ¹ (دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مواد، بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز)
محمد حسین شریعت ² (استاد بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز)
سیروس جوادپور ³ (- استادیار بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز)

تاریخ دریافت : 1394/10/09 تاریخ پذیرش : 1394/10/09 تاریخ انتشار : 1390/04/01

کلید واژه: کامپوزیت, سنتز احتراقی, نیترید آلومینیوم- کاربید سیلیسیم, حرارت‌دهی میکروویوی, دمای احتراق,

چکیده مقاله :

سنتز کامپوزیت‌های نیترید آلومینیوم- کاربید سیلیسیم از روش واکنش احتراقی بین پودرهای آلومینیوم، کربن و نیترید سیلیسیم (منبع جامد نیتروژن) مورد بررسی قرار گرفت. واکنش احتراق با شعله‌ور ساختن مخلوط پودری، درون یک فر خانگی بوسیله‌ی حرارت‌دهی میکروویوی، آغاز گردید و از این روش، سرامیک مورد نظر در محصول سنتز، مشاهده شد. برای دست‌یابی به محصول بیش‌تر، چندین فراسنج در مراحل گوناگون سنتز، تغییر داده شد. این فراسنج‌ها شامل زمان آسیاکاری، مقدار کربن موجود در مخلوط واکنش دهنده و جرم مخلوط واکنش دهنده‌ی فشرده شده، بود. تغییر دو فراسنج نخست، تأثیر چشم‌گیری روی افزایش میزان تولید نداشت، اما افزایش اندازه‌ی نمونه، احتراق کامل‌تر و میزان تبدیل بیش‌تری را امکان‌پذیر ساخت. دمای احتراق سیستم به گونه‌ی تئوری و تجربی بررسی گردید. ریز ساختار و نوع فاز محصولات به ترتیب به وسیله‌ی میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعه ایکس، مورد تحلیل قرار گرفت.   

منابع و مأخذ:

1- T-J.Mroz Jr, "Annual Materials Review:Aluminum Nitride", Am. Ceram. Soc. Bull,

Vol. 71[5], pp. 782-786, 1992.

2- L.M. Sheppard and M. Laurel, "AluminumNitride: A Versatile but Challenging Material",

Am. Ceram. Soc. Bull, Vol. 69[11], pp. 1801-1812, 1990.

3- Y. Kurokawa, K. Utsumi and H.Takamizawa, "Development and Microstructural

Characterization of High-ThermalConductivityAluminum Nitride Ceramics", J.

Am. Ceram. Soc, Vol. 71[7], pp. 588-594,1988.

4- Z.C. Jou and A.V. Virkar, "HighTemperatureCreep and Cavitation of

Polycrystalline Aluminum Nitride", J. Am.Ceram. Soc, Vol. 73[7], pp. 1928-1935, 1990.

5- C.K. Unni and D.E. Gordon, "MechanicalProperties of Monolithic AlN and SiCw/AlN

Composites", J. Mater. Sci, Vol. 30, pp. 1173-, 1995.

6- A. Zangvil and R. Ruh, "Phase Relationshipin the Silicon Carbide-Aluminum nitride

System", J. Am. Ceram. Soc, Vol. 71, pp. 884-890, 1988.

7- R.N. Katz, "High Temperature StructuralCeramics", Science, Vol. 208, pp. 841-847,

1980.

8- K. Itatani, R. Tsukamoto, A.C.A. Delsing,H.T. Hintzen and I. Okada, "Preparation of

Aluminum Nitride-Silicon CarbideNanocomposite powder by the Nitridation of

Aluminum Silicon Carbide", J. Am. Ceram.Soc, Vol. 85[7], pp. 1894-1896, 2002.

9- L. Mei and J.T. Li, "Synthesis of AlN-SiCSolid Solution Through Nitriding Combustion

of Al-C-Si3N4 in Air", Acta Mater, Vol. 56, pp.3543-3549, 2008.

10- I.B. Cutler, P.D. Miller, W. Rafaniello,H.K. Park, D.P. Thompson and K.H. Jack,

"New Materials in the Si-C-Al-O-N andRelated Systems", Nature, Vol. 275[5679], pp.

434-435, 1978.

11- R. Ruh and A. Zangvil, "Composition andProperties of Hot-Pressed SiC-AlN Solid

Solution", J. Am. Ceram. Soc, Vol. 65[5], pp.260-265, 1982.

12- H. Xue and Z.A. Munir, "The Synthesis ofComposites and Solid Solutions of α-SiC-AlN

by field-Activared Combustion", Scr. Mater,Vol. 35, pp. 979-982, 1996.

13- J. Subrahmanyam and M. Vijaykumar,"Review, Self-Propagating High-Temperature

Synthesis", J. Mater. Sci., Vol. 27, pp. 6249-6273, 1992.

14- H. Xue and Z.A. Munir, "Synthesis ofAlN-SiC Composites and Solid Solution by

Field-Activated Self-PropagatingCombustion", J. Eur. Ceram. Soc., Vol. 17, pp.

1787-1792, 1997.

15- M. Ohyanagi, N. Balandina, K. Shirai, M.Kiozumi and Z.A. Munir, "Synthesis of AlNSiC

Solid Solution by CombustionNitridation", pp. 3-12 in Ceramic

Transactions,Vol. 94, 1998.

16- D.E. Clark, I. Ahmad and R.C. Dalton,"Microwave Ignition and Combustion

Synthesis of Composites", Mater. Sci.Eng.,Vol. A144, pp. 91-97, 1991.

17- J.J. Moore and H.J. Feng, "CombustionSynthesis of Advanced Materials: Part I .

Reaction Parameters" , Prog. Mater. Sci., Vol.39, pp. 243-273, 1995.

18- R.C. Juang, C.C. Chen, J.C. Kuo, T.Y.Huang and Y.Y. Li, "Combustion Synthesis of

Hexagonal AlN-SiC Solid Solution Under LowNitrogen Pressure", J. Alloys Compd., Vol.

480, pp. 928-933, 2009.

19- E. Hagen, T. Grande, M.A. Einarsrud,"Preparation and Properties of Porous

Aluminum Nitride-Silicon Carbide Composite

Ceramics", J. Am. Ceram. Soc., Vol. 87[7], pp.1200-1204, 2004.

20- C. Kexin, J. Haibo, H.P. Zhou and J.M.F.Ferreira, "Combustion Synthesis of AlN-SiC

Solid Solution Particles", J. Eur. Ceram. Soc.,Vol. 20, pp. 2601-2606, 2000.

21- P. Shen, W. Sun, B. Zou, L. Zhan and Q.Jiang, "Al Content Dependence of Reaction

Behaviors and Mechanism in CombustionSynthesis of TiB2-AlN-Based Composites",Chem. Eng. J., 150: 261-268 (2009).

22- O. Knacke, O. Kubaschewski and K.Hesselman, "Thermodynamical Properties of

Inorganic Substances", 2nd

ed., SpringerVerlag,1991.

23- D. Kata, K. Shirai and M. Ohyanagi,"Formation Mechanism of AlN-SiC Solid

Solution by Combustion Nitridation in Si3N4-Si-Al-C System", J. Am. Ceram. Soc., Vol.

84[4], pp. 726-732, 2001.