بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق جهت تولید کامپوزیت زمینه سرامیکی آلومینا- اسپینل- نیکل توسط روش ریختهگری دوغابی انجام گرفت. مواد اولیه مورد استفاده، آلومینا و اکسید نیکل بودند و برای تبدیل اکسید نیکل به نیکل فلزی در حین فرایند تفجوشی از کربن به عنوان عامل احیاء کننده استفاده شد. با به کار بردن کربن، در قطعه نهایی تخلخل ایجاد میگردد. نمونهها در اتمسفر هوا و در دمای1400 C زینتر گردیدند. نمونهها توسط سراموگرافی، آنالیز پراش اشعه ایکس و آنالیز عنصری - EDS - مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج بیانگر این مطلب بودند که با کنترل سیکل زینترینگ و دراتمسفر هوا کامپوزیت آلومینا - اسپینل - Ni نیکل حاصل میگردد و به دلیل استفاده از کربن، قطعات حاصل پس از زینترینگ متخلخل بودند.
مقدمه
امروزه کامپوزیتها در تمام دنیا به عنوان مواد مهندسی کاربرد سازهای پیدا کردهاند.[1] کامپوزیتها در نوعی تقسیمبندی از نظر زمینه به سه گونه زمینه فلزی، پلیمری و سرامیکی تقسیمبندی میشوند.[2] مواد سرامیکی دارای پایداری شیمیایی عالی، مقاومت سایشی و سختی بالا میباشند تنها محدودیت کاربردشان تردی ذاتی آنهاست. در سالهای اخیر تلاشهایی به منظور افزایش تافنس1 شکست سرامیکهای ساختمانی با افزودن فاز دوم انجام شده است. در این میان افزودن فاز فلزی در زمینه سرامیکی، در اکثر تحقیقات مطرح بوده است. [3- 6 ]
معمولا کاربرد کامپوزیتهای سرامیکی به دو دسته هوافضایی و غیرهوافضایی تقسیم میشود. در کاربردهای هوافضایی مساله اصلی، عملکرد کامپوزیت است در حالیکه در کاربردهای غیرهوافضایی عامل قیمت، بسیار مهم است. مواد متخلخل رده جدیدی از مواد مهندسی پیشرفته هستند که به علت دارا بودن خواص ویژه فیزیکی، مکانیکی، حرارتی، الکتریکی و آکوستیکی کاربردهای مختلفی در صنایع دارند. با توجه به خواص ویژه این مواد ازجمله وزن کم و تخلخل بالا، امروزه از این دسته مواد مهندسی در حمل و نقل زمینی، ریلی و دریایی، صنایع ساختمانی، صنعت هوافضا، صنعت بیودارویی، کاربرد به عنوان سازههای ساندویچی، فیلترها و جداکنندهها، مبدلهای حرارتی، کنترل آکوستیکی و همچنیین به عنوان کاتالیست استفاده وسیعی میشود.[7]
فرایند شکل دادن بدنههای سرامیکی همانند دیگر چون آمادهسازی پودر ویا تفجوشی2، نقش مهمی در تراکمپذیری وخواص نهایی محصول دارد. این مرحله برای سرامیکهای سخت و کوالانت که نیروی مکانیکی به مراتب بالاتری برای فشرده شدن لازم دارند اهمیت بیشتری پیدا میکند، چرا که اعمال نیروی مکانیکی بالا بر روی پودرهای سرامیکی، به خصوص پودرهای ریز،در بیشتر موارد موجب بروز عیوبی چون عدم یکنواختی در میزان تراکم پودر و به دنبال آن ایجاد ترکهای ریز در موقع پخت بدنه و در ریزساختار نهایی ظاهر میشود. [9] مگر اینکه شرایط ویژه ای را در مرحله پخت برای حذف آنها به کار بگیریم. از میان روشهای شکل دادن برای سرامیکهای پیشرفته، ریختهگری دوغابی قابلیت کنترل بالاتری داشته است11-13] ، .[10
در فرایند ریختهگری دوغابی نیروی مکانیکی هیچگونه نقشی در روی هم قرار گرفتگی ذرات که برای تولید یک نمونه متراکم لازم است، ندارد بلکه نقش اساسی بر عهده نیروی موئینگی است که از طرف قالب گچی برروی ذرات داخل سوسپانسیون با اضافه کردن ترکیبات آلی یا معدنی به عنوان پراکندهساز تنظیم میگردد. این ترکیبات با ایجاد یک پوشش میکرونی بر روی سطح ذرات باعث اعمال یک شارژ الکتریکی دافعهای بین آنها شده به طوری که با نیروی جاذبه واندروالس3 بین ذرات مخالفت مینماید که در نتیجه از جمعشدگی ذرات و یا عمل لخته شدن جلوگیری مینماید. عوامل زیادی در عملکرد ریختهگری دوغابی دخالت مینماید که از جمله میتوان به طبیعت پودر، نوع و مقدار مواد پراکندهساز، دما، غلظت و PH سوسپانسیون اشاره نمود. [14-17]
مزایای ریختهگری دوغابی
▪ برای قطعات بزرگ و با فرم پیچیده مناسب میباشد.
▪ تولید سری با قطعات ریز در یک مجموعه به طور همزمان امکانپذیر است.
▪ هزینه ساخت قطعه از این روش خیلی کمتر از روشهای دیگر چون پرس سرد، اکستروژن و تزریقی میباشد.
▪ حذف مرحله خشک کردن پودر قبل از شکل دادن. این مرحله در بیشتر موارد سبب کلوخهای شدن پودر میشود10]،. [18
▪ عدم وجود تنش در فراوردهها[19]
▪ کیفیت بالا و همگنی ترکیب و استحکام قطعه[20]
▪ کنترل شکل محصول بدون مرحله ماشینکاری خام[20]
آزمایشات
مواد اولیه مورد استفاده در این تحقیق عبارت بودند از: پودرآلومینا - ac 45 - فرانسه - ، آنالیز فیزیکی و شیمیایی به ترتیب در جداول 1 و 2 آورده شده است و اکسید نیکل - - Todini France S.A.S، آنالیز فیزیکی در جدول 3 آمده است. دوغابهای سرامیکی با 70 درصد وزنی ماده جامد تهیه شدند. میزان نیکل 5 و 10 و 20 درصد وزنی درنظر گرفته شد. پودر کربن جهت احیاء اکسید نیکل مورد استفاده قرار گرفت و آنالیز آن در جدول 4 آمده است. روانساز مورد استفاده، یک روانساز آلی با پایه پلی کربنات - ORM 48L - ، میباشد. از بایندر پلی وینیل الکل نیز در دوغاب استفاده شد.
