مواد و فناوری های پیشرفته
سال:1394 | دوره:4 | شماره:1 |تعداد مقالات:8

در تحقیق حاضر با بکارگیری فرآیند همزن اصطکاکی بر زیر لایه تیتانیوم خالص تجاری، نانوکامپوزیت های تیتانیوم-آلومینا ایجاد گردید. به این منظور پودرهای آلومینا با اندازه های 20 و 80 نانومتر به صورت مجزا در داخل شکاف تعبیه شده بر سطح ورق های زیرلایه قرار گرفت و ابزار چرخان از میان آنها عبور داده شد. با تغییر ابعاد شکاف، کامپوزیت هایی با مقادیر مختلف کسر حجمی نانوذرات آلومینا در محدوده 1.8 تا 5.7 درصد تشکیل گردید. بررسی های ریزساختاری به کمک میکروسکوپ های نوری و الکترونی عبوری مشخص کرد که مهمترین عامل تعیین کننده اندازه دانه های زمینه، فاصله نانوذرات تقویت کننده از یکدیگر و یا به عبارتی اندازه، کسر حجمی و نحوه توزیع آنها است. همچنین نتایج حاصل از آزمون های کشش و سختی سنجی به همراه بررسی مشخصه های ریزساختاری مشخص نمود که علاوه بر حضور ذرات سخت در زمینه، کاهش اندازه دانه زمینه و برهمکنش ذرات با ناپیوستگی های میکروسکوپی و ذاتی ریزساختار از قبیل مرز دانه ها و نابجایی ها موجب بهبود چشمگیر خواص مکانیکی شده است.

در این مطالعه، فاز نیترید تیتانیم (TiN) به روش شیمیایی بر روی سطح و داخل ساختار متخلخل گرافن سه بعدی(3DG)  رسوب داده شد. این روش شامل غوطه ور کردن 3DG داخل یک محلول حاوی یون های تیتانیم و سپس عملیات حرارتی آن در اتمسفر آمونیا می باشد. در این مقاله اثر دمای عملیات حرارتی بر نوع فازهای تشکیل شده، مورفولوژی و استوکیومتری آنها بررسی شده است. بدین منظور نمونه ها در سه دمای مختلف 750، 800 و 850 درجه سانتیگراد عملیات حرارتی و سپس تحت آنالیزهای XRD، SEM و XPS قرار گرفتند. نتایج نشان داد که افزایش دمای عملیات حرارتی منجر به افزایش ثابت شبکه و اندازه بلورک ها و نیز کاهش میزان اکسیژن داخل ساختار TiN می شود. مناسبترین درصد استوکیومتری برابر با نسبت اتمی تیتانیم به نیتروژن 1.09، در دمای عملیات حرارتی 850oC به دست آمد.

در این تحقیق کامپوزیتTi-48Al/Ti2AlC و Ti-48Al (8Nb)/Ti2AlC به روش آلیاژسازی مکانیکی و پرس گرم سنتز شد. ابتدا مخلوط پودری عناصر به مدت 75 ساعت تحت عملیات آلیاژسازی مکانیکی قرار گرفتند و سپس به منظور تولید قطعات بالک، عملیات پرس گرم در دمای 1000oC به مدت 1 ساعت بر روی پودرها انجام پذیرفت. آزمون اکسیداسیون در دمای 1000oC در هوا به منظور مقایسه رفتار اکسیداسیون نمونه ها انجام گرفت. نمونه های سنتز شده و اکسیداسیون توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنج انرژی اشعه ایکس و دستگاه پراش سنج پرتو ایکس مورد مطالعه قرار گرفتند. مطابق با نتایج الگوی پراش پرتوی ایکس، فازهای تشکیل شده برای هر دو نمونه تولیدی، گاما- آلومیناید تیتانیم و Ti2AlC شناسایی شد و هیچ فازی بر پایه نیوبیوم تشکیل نشد. نتایج آزمون اکسیداسیون نشان داد که مقاومت به اکسیداسیون نمونه آلیاژی با افزودن نیوبیوم بهبود یافته است. رشد اکسید تیتانیم به دلیل جایگزین شدن اتم های نیوبیوم با اتم های تیتانیم کاهش یافت. همچنین ترکیب شیمیایی پوسته اکسیدی با افزودن نیوبیوم در نمونه تغییر کرد که دلیل آن پایدار شدن لایه نیتریدی می باشد.

یکی از مهم ترین عوامل در مطالعه کامپوزیت های زمینه فلزی، پدیده ترشدن فلز- سرامیک در فصل مشترک آن ها است. در این پژوهش مکانیزم ترشوندگی آلومینیم بر اساس ترمودینامیک واکنش های موجود در فصل مشترک مورد بررسی قرار گرفت. اساسا واکنش های بوجود آمده در فصل مشترک فلز- سرامیک منجر به ایجاد محصولی جدید در سطح فاز سرامیکی شده که در اکثر موارد موجب کاهش زاویه ترشوندگی می شود. اثر عنصر آلیاژی منیزیم و دمای فرایند بر ترشوندگی، به صورت تئوری از دیدگاه ترمودینامیکی و فیزیکی بررسی شد. نتایج نشان می دهد که در فرآیند ترشدن از نوع واکنش پذیری، نه تنها شدت واکنش فصل مشترک (Gr∆، تغییرات انرژی آزاد گیبس واکنش) حاکم می باشد بلکه خواص حاصل از تغییرات انرژی فصل مشترک (rδ∆) نیز موثر است. شدت زاویای ترشوندگی با استفاده از مدل فیزیکی و شیمیایی محاسبه و مشاهده شد که با مقادیر آزمایشگاهی همخوانی خوبی را دارا می باشد.

دو ماده رنگزای آلی جدید برپایه تیوایندیگو حاوی فنوتیازین به عنوان گروه الکترون دهنده و آکریلیک اسید و سیانوآکریلیک اسید به عنوان گروه الکترون گیرنده توسط فرآیندهای استاندارد از فنوتیازین به عنوان ماده اولیه تهیه شد. مواد رنگزای سنتز شده به روش کروماتوگرافی خالص شده و توسط روش های آنالیز دستگاهی مانند نقطه ذوب، 1HNMR،FTIR و آنالیز عنصری شناسایی گردیدند. خواص اسپکتروسکوپی مواد رنگزای سنتز شده در محلول و در حالت جذب شده بر روی دی اکسید تیتانیوم مورد مطالعه قرار گرفت. طول موج ماکزیمم جذب ماده رنگزای 1 حاوی گروه الکترون گیرنده آکریلیک اسید و ماده رنگزای 2 دارای گروه الکترون گیرنده سیانوآکریلیک اسید به ترتیب در محلول 499 و 505 نانومتر و بر روی لایه دی اکسید تیتانیوم 523 و 527 نانومتر است. مواد رنگزای خالص در ساختار سل خورشیدی نانوساختار اعمال شد و خواص فتوولتاییک آنها نیز مورد بررسی قرار گرفت. بازده تبدیل مواد رنگزای 1 و 2 به ترتیب 2.34% و 3.07% است.

در پژوهش حاضر، هسته های نرم مغناطیسی نانوبلورین فاینمت با استفاده از فرآیند پرس گرم شکل دهی شد و امکان افزایش ضخامت هسته ها با استفاده از این روش بررسی گردید. همچنین تاثیر فرآیند پرس گرم بر ریزساختار و خواص مغناطیسی پیش ماده آمورف بررسی و با روش متداول عملیات حرارتی مورد مقایسه قرار گرفت. به این منظور، ابتدا آلیاژ فاینمت با استفاده از روش ریسندگی مذاب به صورت نوارهای آمورف تولید و رفتار حرارتی آلیاژ آمورف فاینمت و تبلور فاز نانو بلور به کمک آنالیز گرماسنجی تفاضلی روبشی مطالعه گردید. به این ترتیب، دمای مناسب تبلور فاز آمورف حدود550oC تعیین و خواص نرم مغناطیسی نمونه ها توسط دستگاه مغناطش سنج گرادیان نیروی متناوب بررسی گردید. به منظور تبلور فاز نانوبلورین از بستر آمورف، عملیات حرارتی (متداول) نوارها در دمای 550oC به مدت 30 دقیقه تحت اتمسفر کنترلی آرگون- هیدروژن (% H2 30و % (Ar 70و فرآیند پرس گرم نیز تحت همان اتمسفر و دما، به مدت 60 دقیقه با اعمال فشار 100MPa انجام شد. فازهای تشکیل شده توسط آنالیز پراش سنجی پرتو ایکس شناسایی و ریز ساختار آلیاژ به وسیله میکروسکوپ الکترون- روبشی مورد بررسی قرار گرفت. به این طریق مشاهده می شود عملیات حرارتی باعث تشکیل بلورک های نانومتری a-FeSi محصور در زمینه آمورف می گردد. اندازه متوسط نانوبلورک های a-FeSi بعد از فرآیندهای عملیات حرارتی (متداول) و پرس گرم به کمک نرم افزارMAUD ، به ترتیب 17nmو 12nm محاسبه شد. نتایج حاصل نشان داد فرآیند پرس گرم سبب کاهش موثر سایز بلورک ها (نسبت به روش متداول عملیات حرارتی) می شود. گرچه روش مذکور باعث افت خواص نرم مغناطیسی نوارهای نازک شده؛ اما خواص حاصل در محدوده نرم مغناطیس بسیار خوب (Hc~8Oe, δ~130 emu/g) می باشد.

سرامیک های دی الکتریک مایکروویو امروزه به عنوان اجزای غیرقابل جایگزین در دستگاه ها و سیستم های مورد استفاده در فرکانس های مایکروویو برای مثال تلفن های همراه و سیستم های ماهواره ای به کار می روند. در این تحقیق اثر افزایش مقادیر متفاوت BaZrO3، بر روی ریز ساختار و خواص دی الکتریک مایکروویو یک ترکیب با مبنای Ba(Zn1.3Nb2.3)O3(BZN) که با فرمول (0.9-x)Ba([Zn0.6Co0.4]1.3, Nb2.3)O3–0.1Ba (Ga1.2Ta1.2)O3-xBaZrO3 نشان داده می شود و در آن x=0-0.1 می باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. دانسیته در اثر افزایش مقدار BaZrO3 تا x=0.08 افزایش و سپس کاهش می یابد. آزمایشهای پراش پرتوX نشان دهنده حضور فاز Ba (Zn1.3Nb2.3)O3 به همراه میزان بسیار ناچیزی از یک فاز ناشناخته برای سرامیک های با مقادیر x=0, 0.02, 0.04 می باشد. با این حال مطالعات ریزساختاری توسط میکرسکوپ نوری نشان داد که فاز دوم در ریز ساختار سرامیک های با x=0.06, 0.08, 0.10 نیز وجود دارد و به دلیل میزان پایین آن توسط آزمایش پراش پرتو X قابل تشخیص نیست. پیک سوپرساختار در طیف پراش پرتو X هیچ کدام از ترکیبات مشاهده نشد. فاکتور کیفیت (Qxf) برای نمونه با x=0.08 برابر با 4366GHz بود که بسیار پایین می باشد. برای بقیه نمونه ها نیز فاکتور کیفیت پایین و قابل اندازه گیری نبود. همان طور که اشاره شد بررسی های ریزساختاری و پراش پرتو X نشان داد که فاز دوم در تمامی نمونه ها وجود دارد بنابراین علت اصلی میزان پایین فاکتور کیفیت که برای تمامی نمونه ها مشاهده شده را می توان باحضور فاز دوم در ریز ساختار توجیح کرد.

در پژوهش حاضر تفجوشی پودر سلنیدروی با روش SPS با موفقیت انجام شد. اثر متغیرهای دما و فشار این روش بر روی دانسیته بالک قطعه بررسی گردید. برای اندازه گیری دانسیته از روش ارشمیدسی، برای بررسی ریزساختار از میکروسکوپی نوری و میکروسکوپی الکترونی روبشی و برای بررسی فازها از الگوی پرتواشعه X استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که دما و سپس فشار بیشترین اثر را دارند و بالاترین دانسیته نسبی (99.3%) در دمای 1100 درجه سانتی گراد، فشار 70 مگاپاسکال و کمترین دانسیته نسبی (99.1%) در دمای 1000 درجه سانتی گراد و فشار 30 مگاپاسکال (زمان نگه داری در دمای نهایی 25 دقیقه) حاصل شد. همچنین پدیده جهت گیری صفحات کریستالوگرافی توسط الگوی پراش اشعه X مشاهده و توسط میکروسکوپی الکترونی روبشی تایید گردید.