عنوان

تاثیر مورفولوژی فاز تقویت کننده بر چگالش و ویژگی‌های مکانیکی کامپوزیت‌های سرامیکی پایه دی‌بورید زیرکونیم

Number

‭۹۵۵۵پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

تاثیر مورفولوژی فاز تقویت کننده بر چگالش و ویژگی‌های مکانیکی کامپوزیت‌های سرامیکی پایه دی‌بورید زیرکونیم

First Statement of Responsibility

/مهدی شاهدی اصل

Name of Publisher, Distributor, etc.

: فنی مهندسی مکانیک

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

مهندسی مواد

Date of degree

‮‭۱۳۹۴/۰۲/۲۵‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

در این پژوهش، سرامیک‌های دی‌بورید زیرکونیم، کامپوزیت‌صهای تقویت شده با فاز کاربید سیلیسیم) در مقادیر و اندازه‌های متفاوت میکرو و نانو (و همچنین کامپوزیت های تقویت شده با کاربید سیلیسیم به همراه افزودنی نانو کربن) با مورفولوژی‌های متفاوت (در دماها، زمان‌ها و فشارهای گوناگون با فرآیند پرس گرم ساخته شدند .این پژوهش در پنج گام به شرح زیر به انجام رسید که در گام‌های دوم تا چهارم، از روش تاگوچی برای کاستن از شمار آزمایش‌ها و فراهم شدن امکان تحلیل آماری و تعیین اهمیت هر یک از متغیرهای فرآیند استفاده شد .گام یکم :تاثیر دمای پرس گرم و درصد حجمی کاربید سیلیسیم گام دوم :تاثیر متغیرهای فرآیند بر سرامیک‌های دی‌بورید زیرکونیم گام سوم :تاثیر میزان افزودنی کاربید سیلیسیم و متغیرهای فرآیند گام چهارم :تاثیر اندازه پودر کاربید سیلیسیم و متغیرهای فرآیند گام پنجم :تاثیر مورفولوژی افزودنی کربنی در کامپوزیت‌های دی‌بورید زیرکونیم-کاربید سیلیسیم نتایج به دست آمده نشان داد که ساخت سرامیک دی‌بورید زیرکونیم چگال حتی در دمای ‮‭۲۰۰۰‬ درجه سانتی‌گراد شدنی نیست) چگالی نسبی حدود ‮‭۹۱‬ درصد به دست آمد(، زیرا وجود ناخالصی‌های اکسیدی موجب رشد افراطی دانه‌ها و بروز اخلال در فرآیند زدایش تخلخل‌ها می‌شوند .افزودن کاربید سیلیسیم و اختلاط مناسب مواد اولیه، نقش به سزایی در جلوگیری از رشد افراطی دانه‌ها داشت .با افزودن مقدار مناسب کاربید سیلیسیم، چگالی نسبی نزدیک به ‮‭۱۰۰‬ درصد در دمای ‮‭۲۰۰۰‬ درجه سانتی‌گراد به دست آمد و بیشترین سختی ‮‭(۳/۲۱‬ گیگاپاسکال (و چقرمگی شکست ‮‭(۷/۴‬ مگاپاسکال جذر متر (به نمونه دارای ‮‭۳۰‬ درصد حجمی کاربید سیلیسیم تعلق داشت .ساز و کار غالب چگال شدن، وابستگی شدیدی به دمای فرآیند پرس گرم نشان داد .انواع ساز و کارهای چقرمه شدن کامپوزیت‌ها در حضور فاز کاربید سیلیسیم شناسایی و تحلیل شد .ادامه چکیده رساله در گام‌های دوم تا چهارم، بالاترین سطوح متغیرهای فرآیند پرس گرم) دمای ‮‭۱۸۵۰‬ درجه سانتی‌گراد، زمان ‮‭۹۰‬ دقیقه و فشار ‮‭۱۶‬ مگاپاسکال (به عنوان شرایط بهینه شناخته شد .دمای فرآیند پرس گرم، مهم‌ترین متغیر) با اهمیت ‮‭۵۴‬ درصدی بر چگالی نسبی و اهمیت ‮‭۶۷‬ درصدی بر سختی (در ساخت سرامیک‌های دی‌بورید زیرکونیم بود .با افزودن کاربید سیلیسیم، فشار اعمالی به عنوان مهم‌ترین متغیر فرآیند) با اهمیت ‮‭۶۲‬ درصدی بر چگالی نسبی و اهمیت ‮‭۶۱‬ درصدی بر سختی (برگزیده و مقدار بهینه افزودنی کاربید سیلیسیم، ‮‭۲۵‬ درصد حجمی تعیین شد .با اضافه شدن اندازه افزودنی کاربید سیلیسیم به جمع متغیرهای فرآیند، هر دو عامل دما) با اهمیت ‮‭۴۱‬ درصدی بر چگالی نسبی و سختی (و فشار) با اهمیت ‮‭۴۳‬ درصدی بر چگالی نسبی و سختی (دارای اهمیت شدند و اندازه بهینه پودر اولیه کاربید سیلیسیم، ‮‭۲۰۰‬ نانومتر به دست آمد .پیش‌بینی مدل تاگوچی برای نتایج حاصل در شرایط بهینه، سازگاری بسیار خوبی با آزمون‌های تاییدی تجربی در گام‌های دوم تا چهارم داشت .در گام پنجم، افزودنی نانو کربنی با مورفولوژی‌های گوناگون، همگی به جز نانو لوله کربنی، منجر به دست‌یابی به کامپوزیت‌هایی نزدیک به چگالی نظری شد .بالاترین چقرمگی شکست به دست آمده در این پژوهش ‮‭(۱/۷‬ مگاپاسکال جذر متر (به کامپوزیت تقویت شده با نانو گرافیت تعلق داشت .

Text of Note

100 was achieved at 2000 C with the maximum hardness of 21.3 GPa and the highest fracture toughness of 4.7 MPa m1/2. The dominant densification mechanism strongly depended on the hot pressing temperature. In addition, the various toughening mechanisms were investigated in the SiC reinforced ZrB2-based composites. In the steps 2-4, the maximum levels of parameters of the hot pressing process (temperature of 1850 C, dwell time of 90 min and applied pressure of 16 MPa) were identified as the optimal hot pressing conditions. The sintering temperature was recognized as the most important parameter (with a significance of 54 on the density and a significance of 67 on the hardness) in the processing of monolithic ZrB2 ceramics. On the other hand, the applied pressure was found to be the most influential parameter (with a significance of 62 on the density and a significance of 61 on the hardness) in the hot pressed ZrB2-SiC composites. In addition, the optimum SiC content was determined to be 25 vol . In ZrB2-based composites, which were reinforced with different nano/micro-sized SiC, both the temperature (with a significance of 41 on the density and hardness) and the pressure (with a significance of 43 on the density and hardness) were identified as the important parameters. The optimum SiC particle size was 200 nm. The Taguchi predictions for the results of the optimal conditions were in a good harmony with the outcomes of the verification tests in the steps 2-4. Adding nano carbons with different morphologies, except carbon nanotube, led to the fabrication of near fully-dense composites. The highest value of fracture toughness (7.1 MPa m1/2), obtained in this research, belonged to the nano-graphite reinforced ZrB2-SiC composite~ this research, monolithic ZrB2 ceramics, ZrB2-based composites reinforced with SiC (different content/particle size) as well as nano carbon (with different morphologies) reinforced ZrB2-SiC composites were fabricated by hot pressing method under different processing conditions (sintering temperatures, dwell times and applied pressures). The project was conducted in five steps. The Taguchi methodology was employed (in steps 2-4) in order to reduce the number of experiments as well as to perform the statistical analyses and to determine the significance of each parameter of the process. Step 1: Effects of hot pressing temperate and SiC content on ZrB2-based composites Step 2: Effects of processing parameters on monolithic ZrB2 ceramic Step 3: Effects of processing parameters and SiC content on ZrB2-based composites Step 4: Effects of processing parameters and SiC particle size on ZrB2-based composites Step 5: Effects of morphology of nano carbon on ZrB2-SiC composites The results of step 1 showed that achieving a fully-dense monolithic ZrB2 ceramic was impossible, even at 2000 C as a relative density of 91 was obtained. This is due to the fact that the presence of oxide impurities leads to the abnormal grain growth of zirconium diboride, which inhibits the complete removal of the porosities. The addition of SiC with an efficient mixing of the starting powders had an important role as the grain growth inhibitor. By adding 30 vol SiC, a relative density of

شاهدی اصل، مهدی

قاسمی کاکرودی، مهدی، استاد راهنما

گلستانی‌فرد، فرهاد، استاد مشاور

رضوانی، محمد، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی