بخشی از مقاله
چکیده
اکسید تیتانیم و اکسید کلسیم از جمله اکسیدهایی هستند که هر یک به تنهایی برای سینتر کردن آلومینا مورد استفاده قرار گرفتهاند. در این تحقیق از ترکیب این دو ماده بهعنوان افزودنی استفاده شده است. نتایج بهدست آمده نشان میدهد که نمونههای سینتر شده در دمای 1500 درجه سانتیگراد بهمدت یک ساعت در 4 و 8 درصد وزنی اکسید کلسیم دارای بیشترین انقباض هستند. آنالیز پراش پرتو ایکس نشان دهنده فاز بین دانهای تشکیل شده پروسکایت و آلومینیوم تیتانیوم اکسید بوده و همچنین پیکهای مشخصهای وجود دارند که فازهای مربوط به آنها شناسایی نشدهاند.
کلمات کلیدی: آلومینا، اکسید تیتانیوم، اکسید کلسیم، سینتر فاز مایع.
-1 مقدمه
آلومینا بهدلیل خواص فیزیکی عالی از قبیل دمای ذوب بالا، استحکام، سختی، مقاومت در برابر خوردگی، هزینههای پایین و همچنین در دسترس بودن مواد خام یکی از کاربردیترین مواد سرامیکی مورد استفاده است .[1] با این حال، سینتر حالت جامد آلومینای خالص بهطور کلی نیازمند درجه حرارت بالا است، بنابراین کاهش دمای سینتر بدون تخریب خواص آلومینا یک موضوع تحقیقاتی مهم است .[2] بهطور کلی افزودنیهای اکسیدی که تشکیل فاز مایع میدهند برای سینتر دما پایین آلومینا استفاده میشوند و در نتیجه، افزودنیها در مرزدانه آلومینای سینتر شده رسوب کرده و تشکیل فاز آمورف بین دانهای میدهند .[3]بدیهی است که سینترپذیری، ریزساختار و خواص مکانیکی آلومینا به افزودنیهای آن وابسته است که بهعنوان مثال میتوان از MgO، TiO2، ZrO2، Y2O3 و Li2O3 نام برد .[4-9] افزودن مقدار کمی MgO به آلومینا منجربه دستیابی به چگالی کامل و شفافیت بهدلیل جلوگیری از رشد غیرنرمال در مرحله نهایی سینتر میشود .[10-11]
اکسیدهای Mn، Nb و Ge نرخ رشد دانه را افزایش میدهد. اکسید منگنز، آهن سه ظرفیتی و تیتانیوم در نتیجه تفاوت در نرخ رشد فصل مشترک مرزها، منجر به تشکیل دانههای بشقابی شکل یا ناهمسانگرد میشود .[12-18] دلایل اصلی رشد دانه ناهمسانگرد در آلومینا هنوز بهطور کامل شناخته نشده است اما نظرات گوناگونی مانند توزیع غیرهمگن افزودنی و حضور فاز مایع در مرزدانه پیشنهاد شده است -24] .[19اکسید تیتانیوم و اکسید کلسیم هر به تنهایی برای سینتر کردن آلومینا استفاده شدهاند 25]، [5؛ اما با توجه به اینکه سیستم CaO- TiO2 دارای یک ترکیب یوتکتیک در حوالی 80 درصد وزنی TiO2 بوده [26] و همچنین با در نظر گرفتن این مطلب که برای سینتر در حضور فاز مایع بایستی تا حدودی انحلال زمینه در فاز مایع تشکیل شده وجود داشته باشد [27]، در این پروژه تلاش شده است که از ترکیب اکسیدهای کلسیم و تیتانیوم برای تشکیل فاز مذاب جهت تهیه آلومینای متراکم استفاده شود.
-2 مواد و روشها
برای انجام این تحقیق از آلومینای Alcan PFR20 و اکسید تیتانیوم Merck 100808 و کربنات کلسیم Prolabo 22 295.291 استفاده شده است. تمامی نمونهها حاوی 80 درصد وزنی آلومینا بوده و 20 درصد باقیمانده شامل ترکیبهای متفاوتی از اکسید تیتانیوم و اکسید کلسیم است. جدول 1 ترکیب نمونههای مختلف در این تحقیق را نشان میدهد.مواد مورد استفاده در این تحقیق پس از توزین برای اختلاط و همگنی بیشتر بهمدت 10 دقیقه داخل دستگاه Shaker قرار داده شدند. سپس با افزودن حدود 2 درصد وزنی آب به نمونهها و گرانول کردن، با فشار 80 مگاپاسکال توسط پرس تک محوره شکل گرفته و نمونههای تهیه شده برای سینتر شدن در دمای 1500 درجه سانتیگراد بهمدت 1 ساعت قرار گرفتند. در نهایت درصد انقباض نمونهها بهعنوان معیاری از میزان پیشرفت فرایند سینتر شدن اندازه گیری شد. ترکیب فاز مایع بین دانهای نیز با آنالیز پراش پرتو ایکس تعیین شد.
-3 نتایج و بحث
-1-3 درصد انقباض
در شکل 1 نمودار چگالی نسبی و در شکل 2 درصد انقباض خطی نمونههای آلومینایی برحسب درصد وزنی اکسید کلسیم بهعنوان تابعی از تراکم بدنه نشان داده شده است. همانطور که در شکل 2 مشاهده میشود در 4 و 8 درصد وزنی اکسید کلسیم بیشترین انقباض در حدود 16 درصد مشاهده میشود. با توجه وجود یوتکتیک در سیستم CaO- TiO2 در 20 درصد وزنی CaO، انقباض نمونه حاوی 4 درصد وزنی اکسید کلسیم تا حدودی قابل قبول است اما انقباض خوب نمونه حاوی 8 درصد وزنی اکسید کلسیم را میتوان به اثر انحلال آلومینا در ترکیب و همچنین تشکیل ترکیبهای سه تایی از اکسیدهای موجود در سیستم نسبت داد که در بخش آنالیز پراش پرتو ایکس بیشتر به آن پرداخته خواهد شد. با توجه به نتایج بهدست آمده از شکل 2 و وجود یوتکتیک، انتظار میرفت که چگالی نمونههای حاوی 4 و 8 درصد وزنی اکسید کلسیم مقادیر بالاتری را نشان دهد - خطوط و نقاط قرمز رنگ در شکل . - 1 به عبارت دیگر مقادیر انقباض خطی این نمونهها این انتظار را ایجاد می-کرد که این نمونهها دارای چگالی بیشتری باشند. اما نتایج بهدست آمده، از آنچه که به کمک مقادیر انقباض پیش بینی میشود، بسیار کمتر است که در شکل 1 با خطوط سیاه رنگ نمایش داده شدهاند. میتوان این موضوع را به تخلخلهای باقیمانده در اثر خروج فاز مذاب از درون نمونهها نسبت داد که در بخش میکروسکوپ نوری به توضیح آن پرداخته خواهد شد.
