بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش تلاش شد تا کامپوزیتهای آلومینا-مولایت-زیرکنیا با استفاده از مایکروویو سینتر شود. مواد اولیه، پودرهای آلومینا و زیرکن بوده که مقادیر 2/5، 5 و 10 درصد آندالوزیت ایرانی به آن افزوده شد . هدف از افزودن آندالوزیت استفاده از مواد داخلی و جایگزین کردن مواد خارجی با ماده داخلی و تشکیل مولایت بیشتر بوده است. پس از مخلوطسازی تر در آسیاب ماهوارهای، نمونهها با فشار 250 مگاپاسکال پرس شدند. زمان مخلوط کردن پودر در آسیاب 1 - و 3 ساعت - و دمای سینتر 1500 - ، 1550 و 1600 درجه سانتیگراد - پارامترهای مورد پژوهش بود. به منظور سینتر، نمونهها در کوره مایکروویو به مدت 1 دقیقه حرارتدهی شدند. چگالی و تخلخل نمونهها، استحکام خمشی سه نقطهای، ریزساختار و آنالیز فازی کامپوزیتهای تهیه شده اندازهگیری و با یکدیگر مقایسه شد. نتایج نشان داد که استفاده از کوره مایکروویو علاوه بر صرفه جویی در هزینه و زمان، موجب دستیابی به چگالی مناسب، تجزیه زیرکن در دمای کمتر و تشکیل فاز زیرکنیای تتراگونال در کامپوزیتهای آلومینا-مولایت-زیرکنیا میشود. کمترین تخلخل و بیشترین استحکام در نمونههای 3 ساعت آسیاب شده و تهیه شده در دمای 1600 درجه سانتیگراد با افزودن %5 آندالوزیت دیده شد ولی نمونههای سینتر شده در دمای کمتر، زیرکنیای تتراگونال بیشتری داشتند.
کلمات کلیدی: کامپوزیت آلومینا، آندالوزیت، مایکروویو، ترکیب فاز
-1 مقدمه
-1-1 کامپوزیتهای آلومینا-مولایت-زیرکنیا
صنعت فولاد یکی از بزرگترین مصرف کنندگان دیرگداز در میان صنایع دیگر است که از جمله تقاضاهای آن، نیاز به دیرگدازهای پیشرفته با کیفیت بالا میباشد .[1] کامپوزیت آلومینا-مولایت-زیرکنیا - AMZ - یک دیرگداز سرامیکی است که کاربردهای فراوانی در صنعت سرامیک و فولاد دارد .[2] مولایت و زیرکنیا در زمینه آلومینا ویژگیهای مطلوبی را فراهم میکنند که از جمله آنها میتوان به پایداری شیمیایی، چقرمگی، مقاومت به خزش و مقاومت به خوردگی بالا اشاره کرد .[3] تمایل به بهبود و افزایش عملکرد کامپوزیتهای AMZ در صنایع امروزه بسیار به چشم میخورد [4]؛ مقدار و ساختار فازهای این کامپوزیت ها به ترکیب و ساختار فازی مواد اولیه، دما و روش سینتر بستگی دارد. زیرکن که ماده اولیه تهیه AMZ است، قابلیت سینترپذیری کمی دارد. در سینتر واکنشی زیرکن با آلومینا، برای رسیدن به چگالی بالا لازم است تا از مواد اولیه با اندازههای زیر میکرون و فعال و حداقل دمای 1550 & استفاده شود .[5] گرچه سینتر واکنشی آلومینا و زیرکن بهعنوان روشی ساده با استفاده از موادی ارزان و در دسترس یاد میشود، ولی رسیدن به چگالی بالا در کامپوزی ت حاصل از آن مشکل است و به دما و به نسبت آلومینا به زیرکن بستگی دارد. در مطالعه گذشته این نویسندگان [6]، کامپوزیتهای AMZ به دو روش پرس و ریختهگری دوغابی با استفاده از کوره معمولی در دمای 1620 & تهیه شد و نتایج نشان داد که استفاده از روش ریختهگری دوغابی موجب مقاومت به شوک حرارتی بیشتر میشود؛ در حالیکه با استفاده از روش پرس، چگالی و استحکام نمونهها بالاتر خواهد بود. بلنوP1P0F و همکارانش آلومینا و %15 وزنی زیرکن را در دمای 1620œC به مدت 2 ساعت سینتر و گزارش کردند که تخلخلهای نهایی فراوان است و افزایش دما موجب رشد دانهها میشود . [7] در پژوهشی [8] گزارش شده که حداقل دمای تجزیه زیرکن و تشکیل زیرکنیای تتراگونال و مولایت باید دمای 1600 C و به مدت 2 ساعت باشد.
-2-1 سینتر مایکروویو کامپوزیتها
مطالعه در مورد روشهای افزایش چگالی و بهبود ویژگیهای مکانیکی همواره مدنظر پژوهشگران بوده است. فعالیتهای بسیار در مورد سینتر کامپوزیتها با مایکروویو و افزایش چگالی و افزایش رشد دانهها انجام شده است 10] ،.[9 حداقل زمان لازم برای تجزیه زیرکن با مایکروویو در مخلوط با آلومینا، 2 ساعت و در دمای 1550 C است زیرا مایکروویو موجب تسریع تجزیه زیرکن میشود .[11] در پژوهش پیشین نویسندگان [12]،
نتیجه گیری شد که استفاده از مایکروویو میتواند نقش به سزایی در سینتر کامپوزیت AMZ و افزایش استحکام، سختی و چقرمگی داشته باشد.
-3-1 آندالوزیت
آندالوزیت پلیمورف آلومینوسیلیکات است و به عنوان مواد دیرگداز در صنعت استفاده میشود. آجرهای آندالوزیتی مقاومت خزش، مقاومت در برابر نفوذ سرباره ها و مقاومت به شوک حرارتی بسیار خوبی دارند. آندالوزیت مناسبترین کانی آلومینایی برای تشکیل مولایت است. فرایند تبدیل شدن آن به مولایت تحت تأثیر حضور ناخالصیها و در دمای 1587 درجه است 13]،.[14 در این پژوهش تلاش شد تا به منظور تهیه کامپوزیت AMZ، مخلوط آلومینا و زیرکن با استفاده از آندالوزیت ایرانی و با حرارتدهی مایکروویو سینتر شود. نتایج نشان میدهد حداقل دمای سینتر آلومینا و زیرکن در کوره معمولی، 1600 C و در مایکروویو 1550 C و به مدت 2 ساعت است. در این راستا تلاش شد تا بتوان با هزینهای کم، در دمایی تا حد امکان پایین و در زمانی کوتاهتر، سینتر این کامپوزیت انجام شود.
-2 مواد و روش تحقیق
پودر آلومینا با شناسه MR70 از شرکت مارتینز ورک آلمان و زیرکن با شناسه Zircosil5 از شرکت جانسونماتی ایتالیا با اندازه ذرات به ترتیب 0/6 و 1/5 میکرومتر و آندالوزیت ایرانی - همدان - استفاده شد.
آندالوزیت با آسیاب ماهوارهای به روش تر به مدت 24 ساعت آسیاب شد. جهت دستیابی به بهینه خواص، آلومینا و زیرکن با نسبت وزنی 85 به 15 مخلوط شد 2/5 .[ 15]، 5 و %10 وزنی آندالوزیت به پودرها افزوده و به مدت زمانهای 1 و 3 ساعت مخلوط و سپس با فشار 250 مگاپاسکال پرس شد. سینتر نمونهها در دماهای 1500، 1550 و 1600 درجه سانتی گراد به مدت 1 دقیقه در مایکروویو انجام شد. چگالی نمونهها - حداقل 3 نمونه - با روش ارشمیدس، فازها با دستگاه XRD - زیمنس - D500، مقدار فازها بر اساس آنالیز شبه کمی، ریزساختار با - TESCAN - SEM و استحکام خمشی سه نقطهای با استاندارد ASTMC1161 اندازهگیری شد.
-3 نتایج و بحث
-1-3 چگالی، تخلخل، استحکام و ترکیب فاز
جدول 1 اعداد چگالی و شکل 1 تخلخل ظاهری کامپوزیتهای تهیه شده، شکل 2 استحکام خمشی و شکل 3 ترکیب فاز نمونهها را با 3 ساعت آسیاب کردن نشان میدهد. در دمای 1500 درجه، با افزایش آندالوزیت چگالی نمونههای 1 ساعت آسیاب شده، کاهش و تخلخل آنها افزایش مییابد؛ ولی در نمونههای 3
