بررسي اثر افزودن زيركونيا و نيكل بر ميكروساختار و خواص مكانيكي بدنه ها آلومينا

كارشناسي ارشد

چقرمگي و قابليت اطمينان پايين در مواد سراميكي پاسخ گوي نيازهاي مهندسي نمي باشد. تركيب مكانيزم هاي چقرمه سازي استحاله اي زيركونيا و ذرات فلزي باعث بهبود چشم گير در چقرمگي بدنه هاي آلومينا توسط چقرمه سازي هم آيند (Synergistic toughening) مي شود. در اين تحقيق، تاثير افزودن Ni، زمان بندي گرمايش و دوپ كردن MgO بر چگالي، ريزساختار و خواص مكانيكي كامپوزيت هاي Al2O3/(ZrO2+Ni) بررسي شد است. مخلوط پودر اوليه حاوي α-Al2O3، 3YSZ و نيكل نيترات به عنوان منبع فلز نيكل ابتدا در دماي 450 درجه سانتيگراد كلسينه تا مخلوط پودري حاوي NiO بدسا آيد، سپس در بستر ككي در دماي 750 درجه سانتيگراد احيا شده است. تاثير افزودن 0، 2.5، 5 و 7.5 درصد حجمي نيكل به كامپوزيت، كه بدون فشار در 1600 درجه سانتيگراد براي 3 ساعت در يك بستر ككي زينتر شده بود، مطالعه شد است. نتايج نشان داد، بيشترين چگالي نسبي ( درصد 93) و پشينه استحكام شكست (MPa 348) و چقرمگي (½MPa.m 2.22) مربوط به نامونه حاوي 5 درصد حجمي نيكل (AZN5) است. براي رسيدن به چگالي كامل، كامپوزيت مذكور تحت زينترينگ يك مرحله اي (OSS) در T/3h و زينترينگ دو مرحله اي (TSS) در T1/0.5h و T2=1600°C/3h قرار گرفت. روش TSS باعث همگن شدن و كنترل بهتر ريزساختار نسبت به OSS مي شود. سختي كامپوزيت ها با افزايش دماي زينترينگ افزايش يافته و به بيشترين مقدار خود 14.51 GPa در T1 = 1720 °C براي TSS رسيد، همچنين استحكام افزايش يافت به مقدار 417 MPa براي همه ي T1 ها مي رسد. ااگرچه، چقرمگي براي TSS با افزايش T1 كاهش مي يابد. تاثير دوپ كردن MgO در نمونه AZN5 با استفاده از روش هاي PLS و SPS بررسي شد است. در روش PLS، نمونه ها متورم شدند كه به دليل فرار بودن بيشتر Mg در حضور كربن است. با اين حال، اعمال فشار خارجي با روش SPS باعث رفع اين مشكل شده وبدنه كاملا چگالي را بدست مي آيد. علاوه بر اين، خواص مكانيكي كامپوزيت دوپ شده با MgO افزايش يافته است كه ناشي از تركيب شدن اثر پينيگ (Pinning) و مكانيزم چقرمه سازي استحاله اي است. در اين مورد، سختي، استحكام و چقرمگي به مقادير GPa 17 و MPa 801 و½MPa.m 6 افزايش يافته است.

190079

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر حميدرضا رضايي

سراميك

دكتر رحيم نقي زاده - دكتر فرهاد گلستاني فرد