ساخت کامپوزیت سرامیکی Al2O3-TiB2 با مقدار تخلخل و اعوجاج پایین به روش سنتز احتراقی و بدون اعمال فشار

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

رضا طاهرزاده موسویان ¹ (مربی،دانشگاه آزاد اسلامی، واحد زنجان، گروه متالورژی، زنجان، ایران.)
محمد رضا روشن ² (- کارشناسی ارشد مواد، بخش مهندسی مواد، دانشگاه شیراز.)
شهریار شرفی ³ (دانشیار، بخش مهندسی مواد، دانشگاه شهید باهنر کرمان.)
محمد حسین شریعت ⁴ (- استاد، بخش مهندسی مواد، دانشگاه دانشگاه آزاد اسلامی واحد مرودشت.)

تاریخ دریافت : 1394/10/07 تاریخ پذیرش : 1394/10/07 تاریخ انتشار : 1391/10/01

کلید واژه: سنتز احتراقی, کامپوزیت سرامیکی, تخلخل, اعوجاج,

چکیده مقاله :

روش سنتز احتراقی به عنوان یک روش شناخته شده و اقتصادی برای تولید مواد پیشرفته سرامیکی و کامپوزیتی دارای عیوبی است. انجام نشدن کامل واکنش های گرمازا به دلیل اختلاط‌نشدن ایده‌آل مواد اولیه، فعال نبودن مواد اولیه از لحاظ ترمودینامیکی و تولید محصولاتی با مقدار تخلخل و اعوجاج بسیار بالا از جمله عیوب مهم این روش بشمار می روند. در این پژوهش از سیستم ترمیت آلومینیوم- اکسید تیتانیوم- اسید بوریک بمنظور تولید درجای کامپوزیت سرامیکی آلومینا- دی بوراید تیتانیوم به روش سنتز احتراقی استفاده شد. سپس به کمک این سه عامل روش مخلوط‌سازی مواد اولیه، استفاده از مواد رقیق‌کننده و استفاده از یک محفظه فولادی در اطراف نمونه در حال سنتز به بررسی امکان ساخت قطعاتی با تخلخل کنترل شده و بدون اعوجاج پرداخته شد. نتایج بدست آمده از آزمایش ها نشان دادند که مخلوط کردن پودرهای اولیه به مدت 2 ساعت همراه با یک گلوله 5 میلیمتری پیش از فرآیند پیش فعال‌سازی مکانیکی و سنتز احتراقی اثر زیادی بر افزایش خلوص محصولات نهایی دارد. هم‌چنین، مشخص شد که با افزایش مقدار مواد رقیق‌کننده تا 30 درصد وزنی از جنس خود محصولات (73 درصد حجمی آلومینا- 23 درصد حجمی دی بوراید تیتانیوم) به مواد اولیه ای که پیش فعال سازی مکانیکی شده و آماده سنتز احتراقی هستند، مقدار تخلخل نهایی کمتر شده و از شدت واکنش‌ها کاسته می شود. در نهایت، نشان داده شد که با استفاده از یک محفظه فولادی در اطراف قطعه به گونه‌ای که قطعه را محصور کرده و اجازه انبساط به آن ندهد، می توان از اعوجاج نمونه در حین سنتز احتراقی جلوگیری کرد.

منابع و مأخذ:

1- W. Deqing, Effects of additives on

combustion synthesis of Al2O3–TiB2 ceramic

composite, Journal of the European Ceramic

Society 29, 1485–1492, 2009.

2- C.L. Yeh, and R.F. Li, Formation of TiB2–

Al2O3 and NbB2–Al2O3 composites by

combustion synthesis involving thermite

reactions, Chemical Engineering Journal 147,

405–411, 2009 .

3- T.S.R.Ch. Murthy, C. Subramanian, R.K.

Fotedar, M.R. Gonal, P. Sengupta, S. Kumar,

and A.K. Suri, Preparation and property

evaluation of TiB2 + TiSi2 composite, Int.

Journal of Refractory Metals & Hard Materials

27, 629–636, 2009.

4- M. Adeli, S.H. Seyedein, M.R. Aboutalebi,

M. Kobashi, and N. Kanetake, A study on the

combustion synthesis of titanium aluminide in

the self-propagating mode, Journal of Alloys

and Compounds 497, 100–104, 2010.

5- J.H. Lee, C.Y. An, C.W. Won, S.S. Cho,

and B.S. Chun, Characteristics of Al2O3–SiC

composite powder prepared by the selfpropagating

high-temperature synthesis

process and its sintering behavior, Materials

Research Bulletin 35, 945–954, 2000.

6- S. Hasani, M. Panjepour, and M.

Shamanian, Effect of atmosphere and heating

rate on mechanism of MoSi2n formation

during self-propagating high-temperature

synthesis, J Therm Anal Calorim, 107:1073–

1081, 2012.

7- C.L. Chu, C.Y. Chung, P.H. Lin, and S.D.

Wang, Fabrication of porous NiTi shape

memory alloy for hard tissue implants by

combustion synthesis, Materials Science and

Engineering A366, 114–119, 2004.

8- C.L. Yeh, and Y.G. Shen, Formation of

TiAl–Ti2AlC in situ composites by

combustion synthesis, Intermetallics 17, 169–

173, 2009.

9- Y. Kopit, The ability of systems based on

Ni, Al and Ti to be synthesized by selfpropagating

high-temperature synthesis (SHS),

Intermetallics 9, 387–393, 2001.

10 –ز .عباسی، م .ح .شریعت و س. جوادپور، تأثیر

فراسنجهای اجرایی بر سنتز احتراقی کامپوزیتهای نیترید

آلومینیوم -کاربید سیلیسیم با کاربرد منبع جامد نیتروژن به

کمک میکروویو، مجله مواد نوین/ جلد1 پ شماره 4

تابستان1390.

11- T. Singanahally A. Aruna, and S.

Mukasyan, Combustion synthesis and

nanomaterials, Current Opinion in Solid State

and Materials Science 12, 44–50, 2008.

12- G.B. Raju, and B. Basu, Development of

High Temperature TiB2-based Ceramics, Key

Engineering Materials Vol. 395, pp 89-124,

2009.

13- Li. Junshou, Z. Cai, H. Guo, B. Xu, and L.

Li, Characteristics of porous Al2O3–TiB2

ceramics fabricated by the combustion

synthesis, Journal of Alloys and Compounds

479, 803–806, 2009.

14- R. Taherzadeh Mousavian, S. Sharafi, and

M.H. Shariat, Microwave-assisted combustion

synthesis in a mechanically activated Al–

TiO2–H3BO3 system, Int. Journal of

Refractory Metals and Hard Materials 29, 281–

288, 2011.

15- R. Taherzadeh Mousavian, S. Sharafi, M.

R. Roshan, and M. H. Shariat, Effect of

mechanical activation of reagents’ mixture on

the high-temperature synthesis of Al2O3–TiB2

composite powder, J Therm Anal Calorim DOI

10.1007/s10973-010-1272-0.

16- M.A. Meyers, E.A. Olevsky, J. Ma, and M.

Jamet, Combustion synthesis/densification of

an Al2O3–TiB2 composite, Materials Science

and Engineering A311, 83–99, 2001.