علم و مهندسی سرامیک
سال:1398 | دوره:8 | شماره:3 |تعداد مقالات:7

اخیرا دسته­ ای از ترکیب­ های سه­ تایی با ترکیب که به مکس­ فازها معروف هستند، به عنوان یک ماده نوین مورد توجه قرار گرفتند. یکی از ویژگی­ های مهم مکس­ فازها، خاصیت خود ترمیم­ شوندگی آنها است. دلیل اصلی مورد توجه قرار گرفتن مکس­ فازها، مجموعه منحصر به فردی از خواص غیرمعمول شامل خواص فلزی، سرامیکی، فیزیکی، مکانیکی آنها است. یکی از این مکس­ فازها، ترکیب سه­ تایی Ti3SiC2 است. خواص مکانیکی این نوع مکس­ فاز را می­ توان با استفاده از تقویت­ کننده­ های مختلفی همچون کاربیدی­ ها (مانند کاربید سیلیسیم) بهبود بخشید. سختی، دمای ذوب، استحکام مکانیکی و مدول الاستیسیته بالا از ویژگی­ های بارز کاربید سیلیسیم است. همچنین مقاومت به اکسیداسیون کاربید سیلیسیم به خاطر شکل­ گیری لایه اکسید سیلیسیم بالا است. کامپوزیت Ti3SiC2-SiC را می­ توان از سنتز درجای مخلوط Si و TiC با نسبت استوکیومتری مناسب به روش پرس گرم تولید کرد. در این پژوهش، هدف اصلی بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت Ti3SiC2-SiC ساخته شده به روش درجا و مقایسه آن با کامپوزیت ساخته شده به روش غیر درجا است. از این رو، کامپوزیت­ های SiC Ti3SiC2-به روش درجا و غیردرجا به وسیله پرس گرم در محدوده دمایی 1400 تا ° C 1600 تحت فشار 30 تا MPa 40 برای 30 تا 60 دقیقه ساخته شدند و ویژگی­ های فیزیکی و مکانیکی آن شامل چگالی، سختی، استحکام خمشی و چقرمگی شکست مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفتند. برای شناسایی فاز­ های تشکیل شده از الگوی پراش پرتو ایکس (XRD) و بررسی ریزساختاری از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد.

با توجه به شباهت بسیار زیاد هیدروکسی آپاتیت با فاز معدنی بافت سخت بدن، این ترکیب به عنوان مهمترین سرامیک زیستی شناخته شده است. از این رو ساخت این ماده با قابلیت کنترل خواص نهایی پودر به دست آمده، مورد توجه محققین است. بدین منظور در این پژوهش از روش هیدروترمال و افزودن عامل کی لیت ساز سیترات سدیم به محلول نیترات کلسیم و دی آمونیوم هیدروژن فسفات، برای سنتز ذرات هیدروکسی آپاتیت با مورفولوژی های مختلف استفاده شد. نتایج XRD نشان می دهد با افزودن سیترات در فرآیند هیدروترمال، هیدروکسی آپاتیت بدست آمده دارای درجه بلورینگی و خلوص بالا است. نتایج FTIR نیز نشان می دهد این ماده در پیوندها و ساختار هیدروکسی آپاتیت تغییری ایجاد نکرده و گروه های عاملی شناسایی شده مربوط به هیدروکسی آپاتیت خالص است. در بررسی مورفولوژی ذرات توسط SEM، مشاهده شد که بدون افزودن سیترات، قبل از فرآیند هیدروترمال ورقه های هیدروکسی آپاتیت و بعد از فرآیند هیدروترمال نانومیله های پراکنده بدست می آید. در حالی که در غلظت مناسب سیترات، میکروکره های هیدروکسی آپاتیت با نانوساختار سطحی (نانوصفحه یا نانومیله) مشاهده می شود. میکروکره های بدست آمده دارای توزیع اندازه یکنواخت در محدوده 4-6 میکرومتر است که ذرات به صورت مجزا از هم و غیر انباشته رشد می کنند. متوسط سطح ویژه بدست آمده توسط BET، m2/g100 است. متوسط اندازه تخلخل ها توسط, BJH nm20-8 است که می تواند نشان دهنده ساختار مزوتخلخل باشد.

در این تحقیق اثر افزودن نیترات آهن به عنوان پیش ماده کاتالیستی جهت تشکیل درجای نانو ذرات Fe در رزین های فنولیک و تاثیر آن بر ریزساختار دیرگدازهای MgO-C بررسی شده است. بدین ترتیب جهت بررسی ریزساختار و سیستم اتصالی دیرگداز، رزین های بدون افزودنی و حاوی افزودنی به فاز زمینه دیرگداز MgO-C افزوده شد. نمونه های آماده شده در دماهای º C800، º C1000، º C1200 و º C1400 در اتمسفر احیایی پخت شد و جهت بررسی فازهای تشکیل شده در زمینه دیرگداز و بررسی های ریزساختاری از XRD و FESEM استفاده شد. در این تحقیق درصد آهن نسبت به رزین 0 و 6 درصد وزنی انتخاب شد. نتایج نشان داد نیترات آهن در طول فرآیند پخت در اتمسفر احیایی تبدیل به نانو ذرات آهن با اندازه متوسط 60 تا nm80 می شود. تشکیل درجای نانو ذرات آهن و تاثیر کاتالیستی آن، منجر به گرافیته شدن کربن حاصل از پیرولیز رزین فنولیک از دمای º C800 شد و با افزایش دما نانو لوله های کربنی توخالی و بامبو شکل و کربن پوست پیازی در ریزساختار تشکیل و بر مقدار آن ها افزوده شد. از طرفی با حضور نانو ذرات آهن، سرعت انجام برخی واکنش های ریزساختار در فاز زمینه دیرگداز در حین فرآیند پخت بهبود یافت و مورفولوژی فازهای تشکیل شده در ریزساختار بعد از فرآیند پخت به مقدار قابل توجهی از حالت ذره ای به الیافی تغییر کرد. نتایج حاصل از بررسی های ریزساختاری نشان داد الیاف Al4C3 و AlN از دمای º C1000 تشکیل شده و با افزایش دما به º C1200 الیاف رشد و مقدار آن ها نیز افزایش یافت. همچنین در دمای º C1200 الیاف MgAl2O4 و MgO نیز تشکیل شد که با افزایش دما به º C1400 تراکم آن ها به مقدار قابل توجهی افزایش یافت. حضور نانو ذرات Fe در نمونه ها باعث قوی تر شدن نقش آنتی اکسیدان Al در تشکیل فازهای سرامیکی شد. مشاهدات ریزساختاری نشان داد عمدتا الیاف سرامیکی در فاز اتصالی و بین اگریگیت ها تشکیل می شوند و فرآیند تشکیل الیاف و نانو لوله های کربنی تشکیل شده غالبا از طریق دو سازوکار بخار-مایع-جامد (V-L-S) و بخار-جامد (V-S) بوده است.

سرامیک ایتریم آلومینیوم گارنت Y3Al5O12)) یک سرامیک شفاف با رنج وسیعی از کاربردها هم چون پنجره های با مقاومت مکانیکی بالا، منبع لیزر های قدرت بالا و آشکارسازهای تابشی است. مهم ترین چالش در زمینه ساخت این سرامیک ها مشکل کم بودن عبور نور به ویژه در ناحیه مرئی در محدوده 400 تا 700 نانومتر است که به شدت توسط عوامل مختلف تحت تاثیر قرار گرفته و کاهش پیدا می کند. تاکنون تلاش های زیادی برای کاهش نواقص ساختاری و ریز ساختاری قطعات ساخته شده با استفاده از این ماده انجام شده است تا خواص نوری در این ناحیه به مقادیر تئوری نزدیک تر گردد. در پژوهش حاضر سرامیک شفاف معروف به YAG با خواص نوری بالا با استفاده از نانو پودرهای Y2O3 و Al2O3توسط روش سنتز حالت جامد ساخته و در دمای 0C1720 به مدت 12 ساعت تف جوشی شد و از ترکیب TEOS (تترااتیل اورتوسیلیکات) به عنوان کمک تف جوش استفاده شد، سپس نمونه ها در دو مرحله در دمای 0C1200 در 4 ساعت و 0C1300 در 5 ساعت آنیل شدند. در بررسی ریزساختاری و نوری بدنه های سرامیک یگ از آزمون های مشخصه یابی SEM ˓ PL، EDX، UV-Vis استفاده شد. نتایج نشان داد که نقص های اتمی و ساختاری و هم چنین وجود برخی ناخالصی ها مانند Ce3+ سبب ایجاد جذب و کاهش عبور نور در محدوده طول موج های مرئی شده اند. در مطالعات صورت گرفته مشخص شد مهم ترین عامل در کاهش خواص نوری، وجود نقص هایی در ساختار می باشد که سبب پراکنش نور شده اند.

کاشی های نیمه شفاف از جمله کاشی هایی است که اخیرا ساخت آن مورد توجه واقع شده است. عبور بخشی از نور تابیده به آن از ویژگی های مهم این کاشی ها است. عبور نور از درون آن می تواند جلوه خاصی از طرح روی آن، از لحاظ زیبایی ایجاد کند؛ بخصوص آنکه بتوان آنرا از لحاظ نور پردازی با LED تلفیق کرد که در این صورت زیبایی آن چندین برابر می شود. در این پژوهش تاثیر استفاده از فریت ترانس و فلدسپار در ترکیب کاشی پرسلانی برای به دست آوردن خاصیت نیمه شفاف بررسی گردید. ترکیبات با 50%-10 فریت و فلدسپار به روش پرس پودر و پخت در کوره پخت سریع رولری در دمای 1150 و مدت زمان 70 دقیقه تهیه شدند. ترکیب ساختاری و بررسی ریز ساختاری بوسیله روش پراش پرتو ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی SEM انجام شد. جهت بررسی عبور نور از تست طیف سنجی نوری استفاده گردید و شاخص سفیدی نمونه ها با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر تعیین شد. همچنین سایر خواص از جمله استحکام خمشی پخت، دانسیته، جذب آب اندازه گیری شد. بررسی های انجام شده نشان داد 50 درصد فریت در کنار 20 درصد فلدسپار، عبور نور و شاخص سفیدی بهتری نسبت به سایر نمونه ها دارد.

در این تحقیق خواص فتوکاتالیستی و رنگ بری نانوذرات اکسید تیتانیم خالص و آلائیده شده با اتم های سریم با ناخالصی های %1، %3، %5 و %10 با استفاده از پیش ماده Ce(NO3)3 مورد مطالعه قرار گرفت. نتاج نشان دادند که بیشترین میزان رنگ بری متیلن بلو مربوط به نمونه با ناخالصی %5 سریم، به اندازه %97 در محیط خنثی بعد از مدت زمان 75 دقیقه بدست می آید. پاسخ رنگ بری به منظور حذف پساب کارخانه ی ضدیخ برای نمونه با ناخالصی %5 سریم، برابر %80 در طول موج 490 نانومتر بدست آمد.

پوشش های کامپوزیتی با زمینه نیکل توانایی بالایی در بهبود خواص سطح مانند افزایش مقاومت به خوردگی و سایش دارند. در این پژوهش پوشش کامپوزیتی Ni-P-TiO2-ZrO2 بر روی زیرلایه ی فولادی AISI 316Lبوسیله آبکاری با روش جریان مسقیم نشست داده شد و تاثیر pHهای مختلف 3، 3. 5، 4 و 4. 5 بر مورفولوژی پوشش و مقاومت به خوردگی مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی مورفولوژی پوشش از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. به منظور بررسی رفتار خوردگی پوشش ها از آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک در محلول آبی%5/3 NaCl استفاده شد. نتایج SEM و انالیز EDX نشان داد که پوشش ایجاد شده در pH=4 بیشترین پیوستگی و یکنواختی را داشته و بالاترین مقدار نشست ذرات اکسید تیتانیوم و اکسید زیرکونیوم مربوط به این pH است. همچنین نتایج پلاریزاسیون نشان داد که بیشترین مقاومت به خوردگی مربوط به رسوب ایجاد شده در pH=4 است. در pHهای کمتر و بیشتر از 4 پوشش پیوسته نبود و در برخی از قسمت ها ترک و حفره مشاهده شد.