بخشی از مقاله
چکیده
برای تولید قطعات سرامیکی پیشرفته معمولا از روشهای متالورﮊی پودر استفاده میشود، ز را در این پروسه نیازی به ذوب مواد اولیه وجود ندارد و فرآیند زینترینگ عامل استحکام قطعه نهایی میباشد. هرچه پودر مورد استفاده در ساخت قطعه ریزتر باشد استحکام آن بیشتر خواهد بود. پلاسمای حرارتی یک روش موثر برای تولید پودرهای نانوسایز میباشد که دارای مزایای فراوان از جمله تشکیل گونههای فعال از نظر شیمیایی و سرعت بالای واکنش و استفاده از مواد اولیه جامد و توانایی کوئنچ از دمای بالا است.
برای تولید پودر نانو سایز کاربید سیلیسم میتوان از مواد اولیه اکسید سیلیسیم - تبخیر و تشکیل پودر نانو - و گاز متان - تبخیر و تشکیل پودر نانو - استفاده نمود . پودر نانو سا ز کاربید سیلسیم از واکنش اکسید سیلیسیم و گاز متان در درون راکتور پلاسمای حرارتی تولید شده است. ا ن مقاله تاثیر افزا ش توان پلاسما روی درصد تولید پودر کاربیدتکنولسیلیسیم نانو سا ز بوسیله وﮊی پلاسمای حرارتی با قوس منتقل نشدهبر رای رس میکند. نتا ج آزما شگاهی نشان میدهد با افزا ش توان پلاسما درصد تشکیل پودر کاربید سیلیسم نانو سا ز افزا ش می ابد.
۱- مقدمه
پیشرفت تکنولوﮊی تمایل روزافزونی را به استفاده از مواد سرامیکی پیشرفته سبب شده است. دلیل اصلی این امر مزیت تکنیکی و اقتصادی استفاده از این مواد جدید در محدوده وسیعی از کاربردها می باشد. بعنوان مثال این کاربردها شامل اجزاﺀ سرامیکی مورد استفاده در موتورهای دیزل و توربینهای گازی، مواد الکترونیکی و مغناطیسی پیشرفته، فیبرهای نوری و اخیراﹰ فوق هادی های سرامیکی می باشد.
عموماﹰ برای تولید قطعات سرامیکی از فرآیندهای متالورﮊی پودر استفاده میشود. زیرا با استفاده از این فرآیندها که شامل زینترینگ پودر مواد سرامیکی - که معمولاﹰ دارای نقطه ذوب بالائی هستند - میباشند، میتوان فرایند ذوب را کاملاﹲ حذف کرد. معمولاﹲ چنین موادی در ۰۹-۰۷% نقطه ذوب شان زینتر می شوند. زینترینگ یک مرحله اساسی در تعیین کیفیت قطعات تولید شده می باشد. روش تولید پودر، شکل و توزیع ابعاد آن و در نتیجه قابلیت زینتر شدن را تعیین مینماید. هر چه پودر ریزتر باشد به هدف زینترینگ بدون فشار یا خودزینتری نزدیکتر میشود
در سالهای اخیر تولید مواد در راکتورهای پلاسما توجه زیادی را به خود جلب کرده است. مشخصه پروسه پلاسما آنتالپی بالا، گونه های فعال و کوئنچ سریع میباشد. مواد تزریق شده در جت پلاسما بسرعت تبخیر یا تجزیه میشوند و دماهای بالا سرعت انجام واکنش را چند برابر میکند. این پودرها بدلیل آلودگی خیلی کمتر دارای ارزش تجاری بالایی هستند. اگر چه موفقیتهایی در زمینه سنتز پودرهای سرامیکی در راکتورهای پلاسما در مقیاس آزمایشگاهی وجود داشته است فرایند آنها در مقیاس صنعتی هنوز در مراحل توسعه میباشد
کاربید سیلیسیم کی از مهمتر ن مواد سرامیکی غیراکسیدی است که در قالب پودرها، اشکال قالب و فیلم نازک در مقیاس وسیعی تولید شده است. کاربید سیلیسیم بخاطر خواص مکانیکی عالی، هدا ت گرمایی و الکتر کی بالا، مقاومت اکسیداسیون شیمیایی عالی ودیرگداز بودن،کاربردهای صنعتی گستردهای دارد و به عنوان سرامیک کاربردی ا ک نیمههادی دما بالا کاربرد بالقوه دارد
همچنین به عنوان قطعات موتور و کاربرد توربین در های دما بالا، در ساختمان راکتورها به خاطر مقاومت شیمیایی عالی و در تجهیزات میکروالکترونیک استفاده میشود
یک نکته مهم و اساسی برای تولید سرامیکهای سازهای، در دسترس بودن پودر SiC نسبتاﹰ ارزان با خلوص بالا و قابل تفجوشی با قابلیت تکرار مجدد میباشد. یکی از مهمتر ن مشکلات در کاربرد SiC قابلیت تفجوشی ضعیف آن میباشد که به علت پیوند کوالانسی قوی بین مولکولهای آن میباشد. به منظور بهبود ویژگیهای تفجوشی، پودر SiC با د دارای توز ع ابعاد یکنواخت و اندازه متوسط ذره زیر میکرون باشد
روش اصلی سنتز SiC احیاﺀ کربوترمیک است که به فرایند اچسون١ معروف است. واکنش کلی به صورت ز ر است:
روش معمول برای سنتز پودرهای SiC خالص شامل مراحل زیادی میگردد و پروسه طولانی و هزینهبری بوده بعلاوه اندازه ذره SiC حاصل نسبتاﹰ درشت است. فرآ ند پلاسمای حرارتی روش نسبتاﹰ جد دی برای تولید پودرهای ز ردارمیکرون SiC میباشد و ای مز تهایی نسبت به روشهای قد میتر میباشد.
بعضی از مزا ای فرآ ند پلاسمای حرارتی در سنتز پودرها، آنتالپی بالا برای تبخیر همه واکنش دهندهها به حالت گازی تکاتمی و افزودن سینتیک واکنش و اتمسفر واکنش تمیز است که جهت محصولات با خلوص بالا مورد نیاز است، می باشد. به علت محیط عاری از ناخالصی و کوئنچ سر ع که در راکتور پلاسما قابل حصول است، این تکنیک سنتز تمیز، فرانرم و کروی پودر سرامیکی SiC را تضمین مینماید
فرآیند پلاسمای حرارتی روش جدیدی است که توسط محققین جهت تولید پودرهای سرامیکی فرانرم مثل SiC، C۴B، BN، TiC، TaC، ZrC، آلومینا ]۵-۵۱[ انتخاب شده است.
در پژوهش حاضر، با تزریق اکسید سیلیسیم و متان به عنوان واکنشدهندهها به درون راکتور پلاسمای حرارتی، تأثیر پارامتر توان پلاسما را بر تولید و اندازه ذره پودر نانوسایز SiC مورد بررسی قرار میدهیم.
۲- مواد و روش تحقیق
گاز آرگون به عنوان گاز پلاسما و گاز حامل با خلوص ۹۹/۹۹%، گاز متان بعنوان گاز واکنش دهنده و منبع تامین کننده کربن با خلوص ۹۹/۹۹%، گاز هیدروﮊن بعنوان گاز پلاسما با خلوص ۹۹/۹۹% و پودر اکسید سیلیسیم با خلوص بالاتر از ۹۹% و اندازه ذره ۵۴ تا ۰۱۱ میکرون جهت واکنش و تولید پودر محصول استفاده گردید. شکل ۱ نمودار XRD و شکل ۲ تصویر SEM پودر اکسید سیلیسیم مورد استفاده را نشان میدهد.
شکل ۱. نمودار XRD پودر اکسید سیلیسیم مورد استفاده.
