بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، نانوکامپوزیت /Cu-Cr٣O٢Al به روش مکانوشیمیایی و از مخلوط اولیه CuO ، Al ،Cu و ٣O٢Cr با درصدهاي مختلف و با استفاده از آسیاکاري پر انرژي تولید شد. اساس تولید این نانوکامپوزیت واکنش طوریکههاياحیایی بود. به در حین فرایند اکسیدهاي کرم و مس توسط آلومینیوم احیاء شده و محصول نهایی یک کامپوزیت زمینه فلزي شامل محلول فوق اشباع کرم در مس به عنوان زمینه و اکسید آلومینیوم به عنوان فاز تقویت کننده بود.
استفاده از مس فلزي اضافی در مخلوط اولیه به عنوان رقیق کننده، امکان کنترل دماي آدیاباتیک و نرخ واکنش را فراهمنتایجآورد. محاسبه پارامتر شبکه بر اساس داده هاي XRD نشان داد که این پارامتر براي مس در طول فرایند آسیاکاري تغییر نمود. این تغییرات در ثابت شبکه به پدیده حل شدن کرم و تشکیل محلول فوق اشباع کرم در مس مربوط بود. نتایج XRD همچنین نشان داد که با تغییر ترکیب اولیه مخلوط پودري و در نتیجه تغییر دماي آدیاباتیک در نمونه هاي مورد آزمایش نرخ پیشرفت واکنش ها تغییر نمود.
نتایج SEM نشان داد که در زمان هاي 30 تا 48 ساعت آسیاکاري، پدیده شکست ذرات - ریز شدن ذرات - بر جوش سطحی ذرات - پدیده شد اگلومره ذرات - غالباز بود. بعد 48 ساعت آسیاکاري، نانوکامپوزیتی حاوي ذرات با اندازه حدود 30 نانومتر
حاصل گردید.
واژه هاي کلیدي : نانو کامپوزیت ، ٣O٢Cu-Cr/Al ، مکانوشیمی
مقدمه
در سالهاي اخیر کامپوزیت هاي فلز- سرامیک به علت کاربردهاي فراوان در مواد مهندسی مورد بررسی گسترده محققین قرار گرفته اند. کامپوزیت هاي فلز- اکسید فلز نیز زیر شاخه اي از کامپوزیت هاي فلز- سرامیک محسوب می شوند. در تولید کامپوزیت هاي فلز- اکسید فلز از ٣O٢Al به دلیل قیمت ارزان، پایداري شیمیایی بالا، مقاومت عالی در مقابل اکسیداسیون و مقاومت دماي بالاي فوق العاده به طور گسترده اي استفاده می شود که کامپوزیت ٣O٢Cu-Cr-Al یکی از آنها است.
این کامپوزیت با داشتن زمینه فلزي از جنس مس- کرم که ذرات سخت ٣O٢Al در آن پخش شده اند، تواما خواص هدایت حرارتی و الکتریکی عالی مس کرم را به همراه استحکام و پایداري شیمیایی و حرارتی ٣O٢Al دارا می باشد. کامپوزیت ٣O٢Cu-Cr-Al به دلیل استحکام فوق العاده در دماهاي بالا، مقاومت سایشی وخواص الکتریکی مطلوب کاربرد وسیعی پیدا نموده است. یکی از جنبه هاي مهم و اصلی در فرایند تولید این نوع کامپوزیت ها، ریز بودن ذرات اکسیدي تا حد ممکن و توزیع یکنواخت آنها در زمینه فلزي می باشد.
روش هاي متداول ذوب و ریخته گري توانایی بر آورده کردن این نیاز را به طور کامل ندارند. از این رو از روش متالورژي پودر براي تولید این کامپوزیت ها کمک گرفته می شود. اولین مرحله در تولید این گروه از کامپوزیت ها به روش متالورژي پودر، تهیه پودر کامپوزیتی است. پودرهاي کامپوزیتی حاوي ذرات اکسیدي را می توان به روش اکسیداسیون داخلی تولیدمو ن د. اما پودر کامپوزیتی ٣O٢Cu-Cr-Al تولید شده از این روش یکنواخت نبوده و درصد حجمی ٣O٢Al نیز با محدودیت همراه خواهد بود.
به همین دلیل روش هاي انجماد سریع و روش هاي مکانو شیمیایی براي تولید این نوع پودرهاي کامپوزیتی پیشنهاد شده اند اگرچه کاربرد کلاسیک آلیاژ سازي مکانیکی براي تولید آلیاژهایی از عناصر اولیه بوده است ولی گزارش هاي متعدد نشان می دهد که با کمک آلیاژ سازي مکانیکی می توان محدوده وسیعی از واکنش هاي شیمیایی را به انجام رساند. در همین راستا محققان بسیاري ،از آلیاژ سازي مکانیکی براي فعال سازي واکنش هاي اکسایش احیا شامل یک اکسید و احیا کننده مناسب با موفقیت استفاده کرده اند. تولید کامپوزیت ٣O٢Cu-Cr-Al به روش مکانو شیمیایی بر مبناي واکنش زیر انجام می شود: محصول واکنش فوق کامپوزیتی با زمینه مس کرم و ذرات تقویت کننده پراکنده ٣O٢Al خواهد بود.
توجه به تفاوت بزرگ گرماي تشکیل اکسیدهاي ٣O٢Al و CuO و ٣O٢Cr ، واکنش بین فلز فعال Al وCuO و ٣O٢Cr به شدت گرمازا بوده و در گروه واکنش هاي خود پیش رونده طبقه بندي می شود. گزارش هاي مختلف نشان می دهد که این واکنش احیایی در سیستم آلیاژ سازي مکانیکی در مواردي بصورت خودبخودي و احتراقی یا انجامدما شده است. بالا رفتن حین آسیاکاري تا نزدیک دماي آدیاباتیک واکنش باعث ذوب شدن و در نتیجه درشت شدن ذرات ٣O٢Al می شود که خواص مکانیکی و فیزیکی کامپوزیت را تحت تاثیر قرار می دهد.از این رو تحقیقات فراوانی در راستاي شناخت مکانیزمهاي حاکم بر این واکنش6]و[7 و دست یابی به روشی براي کنترل واکنش شیمیایی بین Al و CuO و ٣O٢Cr انجام شده است.
هدف از تحقیق حاضر بررسی امکان تولید چنین کامپوزیتی با استفاده از آسیاب پر انرژي بوده و از معیار مرزانوف جهت پیش بینی چگونگی انجام واکنش ها استفاده شده است. در این تحقیق از مخلوط Al٣O٢Cu-CuO-Cr استفاده شده و کامپوزیت ٣O٢Cu-Cr-Al حاوي درصد هاي حجمی متفاوت از ذرات ٣O٢23-16 - Al درصد - به روش مکانو- شیمیایی تولید شده است. استفاده ازمقادیر مختلف مس فلزي در مخلوط فوق امکان کنترل دماي آدیاباتیک و در نتیجه کنترل اندازه ذرات اکسیدي را فراهم می نماید. بعلاوه با استفاده از این روش، میزان فاز اکسیدي پخش شده در زمینه نیز قابل کنترل خواهد بود. مشخصات پودرهاي کامپوزیتی تولید شده، به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و آنالیز پراش اشعه ایکس - XRD - مورد بررسی قرار گرفته است.
