نوروز 96

ساخت سرامیک‌های دما بالا با خواص بهبود یافته

محققان دانشگاه تبریز با به کارگیری نانوذرات گرافیت، موفق به ساخت نمونه آزمایشگاهی سرامیک‌های دما بالا شدند که می‌توان از این سرامیک‌ها در صنعت هوافضا، صنایع ریخته‌گری و جوشکاری بهره برد.



«دی‌بورید زیرکونیم (ZrB۲)»، در میان کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی دما بالا، گزینه‌ مناسب و مورد توجهی است. این مواد در سیستم‌های حفاظت حرارتی برای کاربردهای هوا فضا، هواپیماهای مافوق صوت، اجزای موشک یا سایر کاربردهای صنعتی همانند الکترود قوس پلاسما و اجزای کوره استفاده می‌شود.

دکتر مهدی شاهدی اصل یکی از مجریان این طرح عنوان کرد: ساخت «دی‌بورید زیرکونیم» به عنوان عضوی از خانواده سرامیک‌های دما بالا با مشکلات عمده‌ای همراه است که می‌توان به دشواری دستیابی به چگالی کامل «ساختار غیر متخلخل» و چقرمگی شکست بالا « که توانایی جذب انرژی که شکسته شدن و انهدام ماده را به تأخیر می‌اندازد»  اشا ره کرد.

وی با بیان اینکه در این طرح برای بهبود ویژگی‌های چگالی کامل و چقرمگی شکست بالا در کامپوزیت‌های «دی‌بورید زیرکونیم-کاربید سیلیسیم» از افزودنی نانوگرافیت استفاده شده است، اظهار داشت: طبق نتایج بررسی‌ها، استفاده از این نانوافزودنی موجب افزایش چگالی نسبی تا نزدیکی ۱۰۰ درصد می‌شود و تقریبا همه تخلخل‌های نمونه از بین می‌روند.

به گفته وی، بهبود حدود ۳۰۰ درصدی در چقرمگی شکست نمونه‌ تقویت شده با نانو گرافیت نسبت به نمونه‌ سرامیکی فاقد افزودنی از دیگر دستاوردهای این پژوهش بوده است.

شاهدی اصل اظهار داشت: یکی از راهکارهای پیشنهادی برای دستیابی به کامپوزیت‌های با ساختار بهینه، بهره‌گیری از فرآیندهایی است که هم‌زمان از دمای بسیار بالا و اعمال فشار بیرونی برای فشرده‌سازی مخلوط پودر استفاده می‌کنند. در این پژوهش برای ساخت نمونه‌ها از فرآیند پرس گرم استفاده شده است.

وی عنوان کرد: همچنین با استفاده از افزودنی نانوگرافیت، به دمای کمتری برای چگالش کامپوزیت نیاز است که صرفه‌جویی در مصرف انرژی را به دنبال دارد. بهبود ویژگی‌های مکانیکی نیز به افزایش طول عمر و قابلیت اطمینان قطعه می‌انجامد.

شاهدی اصل در خصوص نحوه‌ تأثیرگذاری نانوذرات گرافیت بر بهبود خواص نمونه‌ها گفت: پذیرش پایین تف‌جوشی توسط «دی‌بورید زیرکونیم»، مانع اصلی تولید قطعات فشرده بدون تخلخل است که با افزودن نانو گرافیت، نانوذرات با ناخالصی‌های اکسیدی سطح ذرات پودر واکنش می‌دهد و امکان اتصال هر چه بهتر ذرات پودر به یکدیگر را فراهم می‌سازد. همچنین چقرمگی شکست پایین این سرامیک، با حضور نانو گرافیت به عنوان فاز تقویت کننده، برطرف خواهد شد.

وی تاکید داشت: در بررسی نمونه‌ها از بعد ریزساختاری و فازی، از روش‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش پرتو ایکس استفاده شده است. چگالی نمونه‌ پرس گرم شده نیز به روش ارشمیدس و چگالی نظری با استفاده از قانون مخلوط‌ها محاسبه شد. همچنین چقرمگی شکست نمونه‌ها به روش اندازه‌گیری مستقیم طول ترک ایجاد شده با فرو رونده ویکرز برآورده شده است.

این تحقیقات حاصل همکاری دکتر مهدی شاهدی اصل- استاد مدعو دانشگاه تبریز- و دکتر مهدی قاسمی کاکرودی- عضو هیات علمی این دانشگاه- است که نتایج آن در مجله‌ Ceramics International (جلد ۴۱، شماره ۴، سال ۲۰۱۵، صفحات ۵۸۴۳ تا ۵۸۵۱) به چاپ رسیده است.

منبع :