بررسی ساخت و خواص کامپوزیت های بر پایه آلومینا به روش سنتز خوداحتراقی در سیستم Al- ZrO۲ (ZrSiO۴)- B۲O۳ (TiO۲)- C

حضور زیرکونیا در کامپوزیت های پایه آلومینا باعث افزایش چقرمگی می شود؛ درحالی که استحکام و سختی آن ها حفظ می گردد. در این مطالعه، تاثیر ترکیب مواد اولیه بر خواص مکانیکی نمونه های مختلف کامپوزیت پایه آلومینا-زیرکونیا، سنتزشده به روش سنتز خوداحتراقی، برای سه سیستم واکنش آلومینوترمیک Al-ZrO۲-B۲O۳-C، Al-ZrSiO۴-B۲O۳-C و Al-ZrO۲-TiO۲-C بررسی شد. در این تحقیق، ابتدا مخلوط های گوناگون مواد اولیه براساس سیستم های یادشده، همگن سازی شدند و مطالعات اولیه آنالیز حرارتی افتراقی بر روی آنها انجام شد. سپس، بر اساس نتایج حاصل، فرایند زینترینگ پلاسمای جرقه ای (SPS) بر روی نمونه ها انجام شد. این فرایند با اعمال فشار ۴۵ مگاپاسکال، نرخ گرمایش ۱۵۰ درجه سلسیوس بر دقیقه و نگهداری در دمای ۱۴۰۰ درجه سلسیوس به مدت ۵ دقیقه انجام شد. در ادامه، مشاهدات ریزساختاری، تعیین ترکیب فازی و اندازه گیری خواص فیزیکی (چگالی، تخلخل) و مکانیکی (سختی، استحکام و چقرمگی) برای نمونه های زینتر شده انجام شد. نتایج آنالیز حرارتی نشان داد که در تمامی سیستم های مورد بررسی، واکنش های خوداحتراقی پس از ذوب آلومینیوم تشدید شده و پیک های متناظر با این واکنش ها در منحنی های حرارتی ظاهر می شوند؛ به طوری که بیشترین شدت احتراق در سیستم Al-ZrO۲-B۲O۳-C در دمای ۷۰۰ درجه سلسیوس و در سیستم Al-ZrSiO۴-B۲O۳-C در دمای حدود ۱۰۰۰ درجه سلسیوس مشاهده می شود. نتایج آنالیز فازی حاکی از تشکیل فازهای مختلف آلومیناید زیرکونیم، دی سیلیسید و دی بورید زیرکونیم، انواع کاربیدهای بور، زیرکونیم و سیلیسیم و تیتانات آلومینیم بسته به نوع سیستم در زمینه آلومینا است. براساس نتایج آنالیز حرارتی، دمای ۱۲۰۰ درجه سلسیوس به عنوان دمای مناسب برای فرایند زینتر قوس پلاسما انتخاب شد. نتایج حاصل از نمونه های زینترشده نشان داد که سیستم Al-ZrSiO₄-B₂O₃-C با دستیابی به بیشترین چگالی نسبی (۹۲ درصد) و برخورداری از ریزساختاری همگن تر نسبت به دو سیستم دیگر، بالاترین خواص مکانیکی (سختی ۱۱۵۹ ویکرز، استحکام خمشی ۵/۲۷۱ مگاپاسکال و چقرمگی MPa.m۱/۲ ۷۶/۸) را ارائه می دهد.

کلیدواژه ها:

واکنش آلومینوترمیک ، سنتز احتراقی ، ریزساختار ، ترکیب فازی ، خواص مکانیکی