نانوکامپوزیت های فوق دما بالای پیشرفته در دانشگاه محقق اردبیلی ساخته شد.
به گزارش روابط عمومی دانشگاه، دکتر مهدی شاهدی اصل عضو هیات علمی دانشگاه محقق اردبیلی با همکاری مهندس زهره احمدی و مهندس مهران جابری دو تن از دانشجویان دکترای ایشان در پژوهشگاه مواد و انرژی کرج و دکتر سروش پرویزی عضو هیات علمی دانشگاه شهید رجایی تهران با به کارگیری فرآیند نوین تفجوشی پلاسمای جرقه ای موفق به ساخت نانوکامپوزیت های سرامیکی پایه دی‌بورید زیرکونیم(ZrB2) تقویت شده با کاربید سیلیسیم(SiC) و نانو ورقه های گرافیتی شدند.
دی بورید زیرکونیم با داشتن ویژگی های بی همتایی مانند دمای ذوب بسیار بالا، رسانش الکتریکی و گرمایی بالا، چگالی متوسط، پایداری شیمیایی و مقاومت سایشی مناسب، توجه پژوهشگران و صنعتگران را به خود جلب کرده است و کاربرد کم رقیبی در سازه های هوافضایی، المنت های گرمایی کوره ها، بوته های ذوب، الکترودها و پوشش ها دارد.
برای تولید کامپوزیت های فوق دما بالا می توان از فرآیندهای تفجوشی بدون فشار، پرس گرم، پرس گرم واکنشی، تفجوشی با امواج مایکرویو و تفجوشی پلاسمای جرقه ای بهره گرفت. به هر روی، نیاز به دماهای بسیار بالا برای تفجوشی سرامیک ها سبب می شود که دانه های ساختار ماده دچار رشد سریع گردد، تنش های پسماند زیادی در قطعه تولید شده باقی بماند و ریزترک های مخربی در محصول نهایی پدید آید. بهره گیری از فرآیند پیشرفته تفجوشی پلاسمای جرقه ای کمابیش به حل این دشواری ها یاری می رساند، زیرا مدت زمان ساخت قطعه به این روش در مقایسه با فرآیندهای تفجوشی دیگر، بسیار کوتاه است و تنها در چند دقیقه به انجام می رسد.
در این پژوهش، امکان‌سنجی ساخت نانوکامپوزیت های سرامیکی فوق دما بالا با خواص بهبود یافته به روش تفجوشی پلاسمای جرقه ای مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور نانوکامپوزیت های فوق دما بالای پایه دی بورید زیرکونیم تقویت شده با کاربید سیلیسیم (25 درصد حجمی) و مقادیر مختلف نانو گرافیت (0- 2.5- 5- 7.5 و 10 درصد وزنی) به روش تفجوشی پلاسمای جرقه‌ای تولید شد. فرآیند ساخت نمونه ها با آماده سازی مخلوط پودر مواد اولیه به نسبت‌های مشخص، ریختن پودرهای کامپوزیتی درون قالب‌های گرافیتی و تفجوشی در دمای 1900 درجه سانتی گراد به مدت زمان 7 دقیقه با اعمال فشار 40 مگاپاسکال در محیط خلاء به انجام رسید.
مشخصات مواد اولیه به کار رفته در ساخت نانوکامپوزیت های فوق دما بالای ZrB2–SiC–graphite
مشخصه یابی نمونه‌های کامپوزیتی ساخته شده با آزمون های چگالی سنجی، بررسی های ریزساختاری به کمک میکروسکوپ‌های نوری و الکترونی روبشی، آنالیز فازی به روش پراش پرتو ایکس و تحلیل‌های ترمودینامیکی برای بررسی واکنش های شیمیایی محتمل به هنگام فرآیند تفجوشی انجام شد. زدایش ناخالصی های اکسیدی سطحی در اثر واکنش با نانو گرافیت و تشکیل فازهای درجای دما بالایی چون کاربید زیرکونیم به بهبود چگالش، ریزساختار و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت انجامید. با افزایش مقدار افزودنی نانو گرافیت، سختی کامپوزیت ها کاهش ولی چقرمگی شکست نمونه ها افزایش چشمگیری یافت. افت سختی نمونه ها به نرمی ذاتی نانو گرافیت و بهبود قابل توجه چقرمگی شکست. در پی افزودن این نانو ماده کربنی به فعال شدن سازوکارهای گوناگون چقرمه شدن نسبت داده شد.
تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نانو ورقه‌های گرافیت در فصل مشترک دانه‌های ZrB2 و SiC
برخی از سازوکارهای افزایش دهنده چقرمگی شکست در نانوکامپوزیت‌های فوق دما بالای بررسی شده
یافتههای این کار پژوهشی ارزشمند در سال 2018 میلادی در جلد هفتصد و شانزدهم مجله معتبر Materials Science & Engineering A با ضریب تاثیر 3.4 به چاپ رسیده است. نویسندگان بر این باورند که دستاوردهای پژوهشی ارائه شده در این مقاله می تواند در صنایع ساخت ابزارآلات و تجهیزات دیرگداز و مقاوم به سایش و همچنین در طراحی سازه های هوافضایی پیشرفته به کار گرفته شود.
شایان ذکر است که بر پایه گزارش پایگاه استنادی Web of Science این اثر ارزشمند به عنوان مقاله پر استناد (Highly Cited) در سال 2018 معرفی شده است.
برای مشاهده متن کامل این مقاله می‌توان به نشانی زیر مراجعه کرد:
https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.01.038
|