تاثیر اکسیدنیوبیوم (Nb2O5)بر روی رفتار تف جوشی کامپوزیت Al2O3-ZrO2

محورهای موضوعی : عملیات حرارتی

حسین خوارزمی پور ¹ (دانشگاه آزاد اهواز)
خلیل رنجبر ² (استاد دانشگاه چمران)

تاریخ دریافت : 1395/03/21 تاریخ پذیرش : 1397/03/28 تاریخ انتشار : 1397/03/01

کلید واژه: کامپوزیت آلومینا-زیرکونیا, اکسیدنیوبیوم, اندازه دانه, فاز زیرکونیا, تف جوشی,

چکیده مقاله :

در این تحقیق تاثیر افزودن اکسید نیوبیوم بر ریز ساختار و پایداری فاز زیرکونیا در نمونه تف جوشی کامپوزیت آلومینا- زیرکونیا پس از آسیابکاری مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از پودر های آلومینا و زیرکونیا به عنوان مواد اولیه و از پودر اکسیدنیوبیوم به عنوان ماده افزودنی استفاده شد. تمام کامپوزیت های آلومینا-زیرکونیا دارای زیرکونیا ثابت برابر با 10درصدوزنی هستند و اکسید نیوبیوم به میزان 1درصدوزنی به نمونه های کامپوزیت افزوده شد. پودرهای کامپوزیت بصورت محوری تحت فشار درون قالب قرص مانند قرار گرفتند، سپس نمونه ها در دمای 1300 تا 1500 درجه سانتیگراد به مدت دو ساعت درون کوره عملیات حرارتی تف جوشی شدند. در شناسایی فازها از پراش اشعه ایکس و برای بررسی ریزساختارها از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. بررسی ها و نتیجه آزمایشات نشان داد که اکسید نیوبیوم تاثیر شگرفی بر چگالی تف جوشی دارد و چگالی را تا 75/3 گرم بر سانتیمترمکعب افزایش داد. از طرفی دیگر اندازه دانه های زمینه پس از تف جوشی تا 19/2 میکرون افزایش یافته و از میزان فاز های تتراگونال به میزان زیادی کاسته شد. در این تحقیق تاثیر این اکسید بر مکانیزم تف جوشی کامپوزیت آلومینا- زیرکونیا و همچنین پایداری فاز تتراگونال زیرکونیا مورد بحث و تحلیل قرار گرفته است.

چکیده انگلیسی:

In this research, the effect of adding niobium oxide to the microstructure and stability of the zirconia phase in the sintering sample obtained from an alumina-zirconia composite following mechanical milling. To this end, alumina and zirconia powders were used as the raw materials and niobium oxide powder was used as additive. All of the alumina-zirconia composites contained an invariant zirconia content equal to 10 weight percent, and 1 weight percent of niobium oxide was added to composite samples. Composite powders were subjected to axial pressure in tablet casts. Afterwards, samples were exposed to sintering for two hours in a thermal furnace at a temperature of 1300 to 1500 . X-ray diffraction was used to identify phases, and microstructures were examined through the SEM (scanning electron microscope) method. Examination and experiment results indicated that niobium oxide considerably influenced sintering density, and increased density up to 3.75 g/cm3. On the other hand, the size of background particles increased to 2.19 microns after sintering and the tetragonal phases decreased. In this research, the effect of this oxide on the sintering mechanism of the alumina-zirconia composite and stability of the zirconia tetragonal phase were discussed and analyzed.

منابع و مأخذ:

[1]      ن، سلطانی، "آشنایی با کامپوزیت های زمینه فلزی،پلیمری،سرامیکی و فرآیند های ساخت"، چاپ اول، تهران: انتشارات جهان جام جم، 1387.

 

[2]    Azhar & L. Chun Choong, “Effects of Cr₂O₃ Addition on the Mechanical Properties, Microstructure and Wear Performance of Zirconia Toughened-Alumina (ZTA) CuttingInserts”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 513, pp. 91– 96, 2012.

 

[3]    D. Casellas, “Fracture Toughness of Alumina and ZTACeramics: Microstructural Coarsening Effects”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 143–144, pp. 148–152, 2003.

 

[4]    N. A. Rejab & A. Azhar, “The Relationship between Microstructure and Fracture Toughness of Zirconia Toughened Alumina (ZTA) Added with MgO and CeO₂”, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 41, pp. 522–530, 2013.

 

[5]    N. A. Rejab & A. Azhar, “The Effects of CeO₂ Addition on the Physical, Microstructural and Mechanical Properties of Yttria Stabilized Zirconia Toughened Alumina (ZTA)”, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 36, pp. 162–166, 2013.

 

[6]      م. گودرزی، ع. سعیدی و ع. شفیعی، "اثر مقدار آلومینیوم مصرفی بر تولید کامپوزیت زمینه آلومینیوم تقویت شده با ذرات TiN+Al₂O₃ به روش آلیاژسازی مکانیکی"، مجله علمی و پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال پنجم، شماره اول، بهار1390.

 

[7]    A. M. Hassan, M. Awaad & S. M. Naga, “Toughening and Strengthening of Nb₂O₅ Doped Zirconia/Alumina (ZTA) Composites”, Intertional Journal of Refractory Metals and Hard Matnaerials, Vol. 48, pp. 338-345, 2015.

 

[8]    A. M. Hassan, M. Awaad & S. M. Naga, “Densification Behavior and Mechanical Properties of Niobium-Oxide-Doped Alumina Ceramics”, Journal of Ceramis Science and Technology, Vol. 05, No. 01, pp. 51-56, 2014.

 

[9]    Y. F. Hsu, S. F. Wang, Y. R. Wang & S. C. Chen, “Effect of Niobium Doping on the Densification and Grain Growth in Alumina”, Ceramics International, Vol. 34, pp. 1183–1187, 2008.

 

[10] P. D. E. Louis Winnubst & T. H. P. Leuwerink, “Effect of Calcination on the Sintering of Gel-Derived, Zirconia-Toughened Alumina”, Journal of American Ceramic Society, Vol. 77, pp. 2376-2380, 1994.

 

[11] R. Gopi Chandran & K. C. PATIL, “Combustion Synthesis and Properties of Mullite-Zirconia Composites”, Journal of Materials Science, Vol. 31, pp. 5773-5779, 1996.

 

[12]    ف، وحیدیان و م، رضوانی، "بررسی سینترپذیری و تبلور شیشه سرامیک  SiO₂-CaO-MgO-Al₂O₃تقویت شده با ذرات نانومتریزیرکونیا"، مجله علمی و پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال ششم، شماره اول، بهار1391.

 

[13] K. Maiti & A. Sil, “Microstructural Relationship with Fracture Toughness of Undoped and Rare Earths (Y, La) Doped Al₂O₃–ZrO₂ Ceramic Composites”, Ceramic International, Vol. 37, pp. 2411–2421, 2011.

 

[14] D. J. kim, H. J. Jung & D. H. Cho, “Phase Transformations of Y₂O₃ and Nb₂O₅ Doped Tetragonal Zirconia During Low Temperature Aging in Air”, Solid State Ionics, Vol. 80, pp. 67-73, 1995.

 

[15] G. K. Layden, “The System AI₂O₃-N b₂O₅”, Journal of The American Ceramic Society-Discussions and Notes, Vol. 46, No. 10, pp. 506, 1963.

 

[16] F. Guo & P. Xiao, “Effect of Fe₂O₃ Doping on Sintering of Yttria-Stabilized Zirconia”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 32, pp. 4157–4164, 2012.

 

[17] Q. Dong, Z. H. Du, T. S. Zhang, J. Lu, X. C. Song & J. Ma, “Sintering and Ionic Conductivity of 8YSZ and CGO10 Electrolytes with Small Addition of Fe₂O₃: A Comparative Study”, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 34, pp. 7903–7909, 2009.

 

[18] M. M. R. Boutz, A. J. A. Winnubst, F. H. Hartgers, A. J. Burggraaf, “Effect of Additives on Densification and Deformation of Tetragonal Zirconia”, Journal of Materials Science, Vol. 29, pp. 5374–5382, 1994.

 

[19] W. H. Rhodes & R. E. Carter, “Cationic Self-Diffusion in Calcia-Stabilized Zirconia”, Journal of American Ceramic Society, Vol. 49, No. 5, pp. 244–249, 1966.

 

[20] R. J. D. Tilley, “Principles and Applications of Chemical Defects”, Stanley Thornes Ltd, Cheltenham, U.K., 1998.

 

[21] B. F. Pedersen, “The Crystal Structure of Aluminum Niobium Oxide (AlNbO₄)”, Acta Chemica Scandinavica, Vol. 16, pp. 421 – 430, 1962.