ثبت سفارش ترجمه

 

تلفن های تماس

09336342191

66083352 021

 

 

ایمیل: tarjomekade93@gmail.com

 

 

 

 

 

 

ثبت سفارش ترجمه

 

 

گروه مترجمین ترجمه کده با سالها تجربه درترجمه مقاله های دانشگاهی برای ژورنالهای داخلی و خارجی به همراه تیمی مجرب و کارآموخته و متخصص از مترجمین و ویراستاران همواره در تلاش است که سفارش ترجمه مقاله فارسی به انگلیسی و ترجمه  مقاله انگلیسی به فارسی مشتریان خود را بصورت کاملا حرفه ای و بدون استفاده از نرم افزار ترجمه نظیر گوگل ترنسلیت (Google Translate) انجام دهد.

اگر یک جستجوی ساده در گوگل برای مقالات ترجمه شده علمی یا سایت های ارائه دهنده خدمات ترجمه انجام دهید، خواهید دید که ده‌ها سایت با اسامی و عناوین مختلف این خدمات را برای دانشجویان و پژوهشگران انجام می‌دهند. متاسفانه رکورد در بازار کار و ناتوانی در یافتن کار مناسب موجب شده بسیاری از دانشجویان و فارغ التحصیلان بدون اینکه آشنایی کافی با ترجمه و یا دامنه لغات کافی چه در زبان فارسی و چه در زبان انگلیسی داشته باشند، اقدام به ترجمه مقالات علمی می‌کنند و حاصل آن هم همین وضعیتی هست که می بینید. بیش از 200 سایت انجام خدمات ترجمه، آن هم با نازل ترین کیفیت ممکن و هزینه گزافی که از مشتریان دریافت می کنند.

 

برخی از مشتریان خدمات ترجمه این دغدغه را دارند که آیا در ترجمه انجام شده نرم افزاری دخیل است یا نه و آیا مترجمین گروه های ترجمه از این گونه نرم افزارها جهت انجام سفارشات ترجمه محوله به ایشان استفاده می کنند یا خیر. متاسفانه برخی از گروه های ترجمه موجود با استفاده از گوگل  ترنسلیت (Google Translate) سبب بی اعتمادی مشتریان به خدمات ترجمه ارائه شده توسط کلیه گروه های ترجمه شده اند.

اما خوشبختانه تشخیص استفاده از این گونه نرم افزارهای ترجمه کار سختی نیست. نرم افزار   Google Translate هیچ گاه نمی تواند جایگزین هوش انسانی شود و به استفاده صحیح و بجا از واژه هایی که چندین معنی دارند بپردازد. ضمن اینکه متون ترجمه شده نرم افزاری هرگز روانی، شیوایی و دستور زبان صحیح ندارند.

مترجمین گروه ترجمه کده به هیچ عنوان از نرم افزار Google Translate  و سایر نرم افزارهای از این دست در انجام سفارش ترجمه استفاده نمی کنند، چرا که قوانین گروه در مورد عدم استفاده از چنین نرم افزارهایی محرز و قطعی است.

از دیگر خدمات ترجمه گروه، ترجمه آنلاین مقالات ISI و ISC در ژورنالهای معتبر خارجی است. سفارشات ترجمه متن فارسی به انگلیسی ثبت شده در این حوزه بدست مترجمین حرفه ای در گروه های تخصصی مرتبط با حداقل 5 سال سابقه ترجمه متن سپرده می شوند.

در صورت لزوم به استفاده از فرمت خاص ژورنال مربوطه، مشتریان گرامی می توانند فرمت ژورنال را نیز به همراه فایل ترجمه متن در قالب یک فایل فشرده از طریق منوی سفارش ترجمه ثبت نمایند تا فرمت ژورنال نیز بدست مترجم تخصصی مربوطه برسد و با توجه به فرمت، ترجمه مقاله صورت گیرد.

پس از ترجمه مقاله توسط مترجم متخصص و ویرایش توسط ایشان، متن ترجمه شده بدست ویراستار تخصصی آن کدهه علمی سپرده می شود تا متن مجددا بررسی شود و پس از ویراستاری تکمیلی فایل برای کاربر ارسال می گردد.

تیم ترجمه مقالات گروه مترجمین ترجمه کده را دهها مترجم زبده از رشته های تخصصی مختلف با مدارک کارشناسی ارشد و دکترا تشکیل می دهند.

این تیم همواره به تجربه ترجمه خود می افزاید تا بتواند صد در صد پاسخگوی اعتماد کاربران عزیز باشد و رضایت حداکثری ایشان از خدمات آنلاین ترجمه متن  فارسی به انگلیسی و ترجمه متن انگلیسی به فارسی را منتج شود.

کلیه سفارش ها به شکل تایپ شده تحویل می گردد و قیمتی که در هنگام سفارش مشتری در پیش فاکتور منظور می گردد معتبر می باشد.

قبل از هر چیزی متن مورد نظر را ارسال نمایید تا از طریق ایمیل و اس ام اس هزینه ها محاسبه و اعلام گردد.

 

(تعداد کلمات در هر صفحه 250 کلمه)

تعرفه تقریبی ترجمه انگلیسی به فارسی با تایپ:

صفحه ای 2250 تومان

کلمه ای 9 تومان

 

تعرفه تقریبی ترجمه فارسی به انگلیسی
صفحه ای 6250 تومان

 هر کلمه 25 تومان

برای ثبت ترجمه به لینک زیر بروید.

ثبت سفارش ترجمه

 

 

تلفن های تماس

09336342191

66083352 021

 

 

ایمیل: tarjomekade93@gmail.com


موضوعات مرتبط:

برچسب‌ها: ثبت سفارش ترجمه


تاريخ : چهارشنبه ٢٢ آذر ۱۳٩٦ | ٢:۳٩ ‎ب.ظ | نویسنده : گروه ترجمه کده | نظرات ()

انجام کلیه فصول پایان نامه 

 

 

برای ثبت سفارش پایان نامه به لینک زیر بروید.

ثبت سفارش پایان نامه 

 

 


موضوعات مرتبط:

برچسب‌ها: پایان نامه , انجام پایان نامه


تاريخ : سه‌شنبه ۳٠ آبان ۱۳٩٦ | ٩:٤۳ ‎ب.ظ | نویسنده : گروه ترجمه کده | نظرات ()

 

 

 

متن کامل (Full Text)  مقالات ISI  مورد نیازتان را از ما بخواهید...

 دانلود  مقالات

برای دانلود متن کامل (Full Text) مقالات مورد نظر خود از پایگا‌ههای

Science Direct، Springer، IEEEXplore، ProQuest ، OnePetro  

http://www.sciencedirect.com/

 

http://www.springer.com/gp/

 

http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/home.jsp

 

http://www.proquest.com/

 

https://www.onepetro.org/

 

دانلود مقالات پایگاه ها

هر مقاله1000 تومان

 Subject & ContentsCoverageURL
AACR e-journals of the American Association for Cancer Research Full text url
ACM Portal computer engineering
(available at 4:00 pm ~ 09:00 am on RISS)
Full text url
ACS Journals e-journals of the American Chemical Society Full text url
AIP e-journals of American Institute of Physics Full text url
AMS e-journals of American Mathematical Society Full text url
Annual Reviews Reviews on Biomedical, Physical and Social Science Full text url
APS Journals e-journals of the American Physical Society Full text url
Academic Search Complete e-journals of all subjects Full text url
ASCE Journals e-journals of the American Society of Civil Engineers Full text url
ASM Journals e-journals of the American Society for Microbiology Full text url
ASME Journals e-journals of the American Society of Mechanical Engineers Full text url
ASTM DL e-journals, books of the American Society of Testing and Materials Full text url
Beck-Online Law database of German Full text url
Brill Publishing Journals e-journals of all subjects Full text url
Business Source Complete e-journals of business Full text url
Cambridge Journals e-journals of all subjects Full text url
Cell e-journals of Cell Press Full text url
CINAHL Plus with Full Text e-journals of nursing
(available at 4:00 pm ~ 09:00 am on RISS)
Full text url
CiNii Japanese e-journals of all subjects(available on RISS) Full text url
CNKI(CAJ+CDMD) Chinese e-journals, thesis Full text url
DOSS Dentistry, Oral Sciencs Source Full text url
Duke University Press e-journals of humanities & social science Full text url
EBSCO Customized Collection A-to-Z list of EBSCO e-journals Full text url
EconLit with Full Text Economics, 4 User Full text url
Education Source Educations Full text url
ERIC Educations Index url
E-UNWTO materials of the World Tourism Organization Full text url
HeinOnline Law database of USA Full text url
ICPSR DB Web DB of statistics & survey Data url
IEEE Xplore e-Journals, Conference papers, Technical standards of IEEE & IEE Full text url
Informa HealthCare Web DB of the medicine Index url
IOP e-journals of the Institute of Physics Full text url
Japanese Journal of Applied Physics Applied Physics Full Text url
JCR Web citation Information of all subjects Data url
J-STEJ IEICE Transactions on Communications Full Text url
JSTOR back-file journals of all subjects Full text url
Karger e-journals of the Medicine Full text url
Kluwer Law Online e-journals of the Law Full text url
LexisNexis Academic Data, News of the Law Data url
Literature Online(LION) e-journals of the Literature Full text url
MAL(Mary Ann Liebert Online) e-Journals of the Biotech & medicine Full text url
MathSciNet Web DB of the Math Index url
Max Encyclopedia of Public International Law Web DB of the Public International Law Data url
MEDLINE with Fulltext e-journals of the medicine Full text url
MLA International Bibliography Web DB of the english literature
(available at 4:00 pm ~ 09:00 am on RISS)
Index url
Nature e-journals of Nature Publishing Full text url
Naxos Music Library Classic Music Music url
OSA e-Journals of the Optical Society of America Full text url
OVID Journal e-Journals of Nursing Full text url
Oxford Journals e-journals of all subjects Full text url
PAO(Periodicals Archive Online) Archived Journals of the Arts, Humanities and Social Science Full text url
PDU Dissertations & Theses Full text url
PNAS Proceedings of the National Academy of Sciences Full text url
Project MUSE Social Science and Humanitise Full text url
Proquest ABI/Inform Business Full text url
Proquest Central Basic e-Journals of all Subjets Full text url
Proquest Medical Library e-Journals of the medicine Full text url
ProQuest Nursing and Allide Health e-Journals of the nursing Full text url
PsycARTICLES e-Journals of American Psychological Association Full text url
PubMed Index DB of National Library of Medicine Index url
Refworks The tool for managing of collected References and writing References Web DB url
RSC e-Journals of Royal Society of Chemistry Full text url
Sage Journals Online e-Journals of all subjects Full text url
Science Natural Science Full text url
ScienceDirect e-Journals of all subjects Full text url
SciFinder Scholar Web DB of the Chemistry
▶ SciFinder Web Sign In : 보기
▶ Manual for Signig : 보기
Web DB url
Scopus citation Information of all subjects Index url
SIAM e-journals of Society for Indusrial Applied Mathematics Full text url
SIKU QUANSHU ONLINE Wed DB of Chineses old document
Client Ver.
Full text url
SocINDEX with Full Text e-journals of Sociology and social welfare Full text url
SPIE DL e-journals and Proceedings of SPIE Full text url
SPORTDiscus with Full Text e-journals of the Sports Science Full text url
Springer Link Science, Engineering Full text url
Taylor & Francis Sports, Leisure & Tourism Full text url
Thieme
- Chemical Package
biochemistry Full text url
TKC Law Library Taxation, Administration Full text url
Turnitin Plagiarism prevention Web DB url
UCP e-journals of University Chicago Press Full text url
Vogue Archive Vogue(1892 ~ Present) Full text url
Wanfang Data CAJ Korea : Chineses Jouranls Full text url
万方数据 : Chineses Jouranls, Thesis, Patent Full text url
National Social Sciences Database : Chineses Jouranls Full text url
Web of Science citation Information of all subjects Index url
Westlaw Asia Law Information of Asia Web DB url
Westlaw International Web of of Law Web DB url
Wiley e-journals of all subjects Full text url


1- استفاده از سرویس دانلود مقاله  (سریع) : تنها کافیست مشخصات مقاله درخواستی خود را برای ما ارسال کنید تا در کمتر از 12 ساعت مقاله درخواستی خود را در ایمیلتان دریافت کنید.

 

لطفا مقالات خود را با مشخصات زیر به ایمیل ما  (tarjomekade93@gmail.com) ارسال نمایید.

عنوان مقاله:
نویسنده:
ژورنال مقاله:
سال انتشار:
لینک دانلود مقاله: ( لینک دقیق صفحه‌ای که مقاله درآنجا قرار دارد)



موضوعات مرتبط:

برچسب‌ها: دانلود مقاله رایگان , ieeexplore science direct , springer , onepetro proquest


تاريخ : دوشنبه ۱ آبان ۱۳٩٦ | ٥:۱۱ ‎ق.ظ | نویسنده : گروه ترجمه کده | نظرات ()


درخواست مقاله SPE و Onepetro تنها 1000 تومان

 

 

گروه ترجمه کده ، سرویس تامین سریع مقالات علمی فراهم آورده است تا مقالات علمی به سهولت، سرعت و دقت از پایگاه های موجود به صورت کم هزینه و عملاً رایگان فراهم شود.

دانلود فوری مقالات

برای دسترسی و دانلود هر چه سریع تر امکان سفارش آنی مقالات برای ناشران متعددی فراهم شده است. با این امکان شما به صورت فوری میتوانید مقاله خود را دریافت نمایید.

ترجمه تخصصی متون علمی

سرویس ترجمه تخصصی متون علمی به صورت آنلاین با بهره گیری کارشناسان خبره در رشته های تخصصی در گروه ترجمه کده با تعرفه مناسب فراهم شده است.

مقاله بدون محدودیت حجم قابل دانلود است.

مقاله درخواستی برای این کاربران ایمیل می شود.

ترجمه مقالات درخواستی خود را به ما بسپارید!

ایمیل خود را به دقت وارد نمایید، چراکه مقاله به ایمیل شما فرستاده می شود.

همه مقالات SPE  رو میتویند با ذکر ایمیل خودتون و شماره مقاله دریافت نمایید.

برای درخواست مقاله خود از spe ابتدا به سایت www.onepetro.org مراجعه کرده و نام مقاله خود را سرچ کنید و در نهایت کد، عنوان و سال نشر مقاله رو در ایمیل ما به آدرس tarjomekade93@gmail.com دریافت نمایید.


هزینه ارسال هر مقاله = 1000 تومان 


موضوعات مرتبط:

برچسب‌ها: درخواست مقاله spe , onepetro , مقالات رایگان spe , دانلود مقاله onepetro


تاريخ : یکشنبه ۳٠ مهر ۱۳٩٦ | ۱۱:٠٩ ‎ب.ظ | نویسنده : گروه ترجمه کده | نظرات ()

فهرست مقالات

 

 

 

تاثیر افزودن نانوکامپوزیت CNT/Ag به مزوپور TiO2 و بررسـی خـواص فوتوکاتالیـستی جهـت

1

 

تخریب متیل اورانژ

 

 

 

مهسا مسعود، امیر عباس نوربخش، سید علی حسن زاده تبریزی

 

 

بررسی تأثیر زمان آسیاکاری و دما بر سنتز نانوساختار Ti3SiC2 به روش آلیاژسازی مکـانیکی

21

 

عملیات حرارتی

 

 

 

نوید عطازاده، حمیدرضا بهاروندی، ناصر احسانی، مینا سعیدی حیدری

 

 

بررسی سنتز، ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت آلومینا / زیرکونیا-کبالت

37

 

 

 

فاطمه مهرپورلایقی، رحیم نقی زاده، علیرضا خاوندی، حمیدرضا رضایی

 

 

بهبود رفتار خوردگی آلومینیوم 2024 بهوسیله اعمال پوشش هیبریـدی نانوسـاختار کـامپوزیتی

51

 

تیتانیا- آلومینا- بنزوتریازول با روش سل- ژل

 

 

مریم السادات شریفیان، علی شانقی، هادی مرادی

 

 

تاثیر زمان لایه نشانی بر کیفیت سطح و هدایت الکتریکی پوششهای کامپوزیتی کربن- نیکل

65

 

ولی دلوجی، علیرضا سوری، مهین سعدی آل کثیر

 

 

مطالعه سنتیک بلورینگی و تعیین شـاخص آورامـی در نمونـههـای آمـورف TeO2-V2O5-NiO-

73

 

توسط تحلیل کالریمتری

 

 

داریوش سوری

 

 

بررسی تاثیر پارامترهای فرآیند تولیـد بـر رفتـار کامپوزیـت Al(Zn)/Al2O3  -AlxCuy بـه روش

83

 

ترکیبی فعال سازی مکانیکی و سنتز احتراقی

 

 

 

آرش خسروی، مهدی کلانتر

 

 

 

فصلنامهی علمی پژوهشی

 

 

 

دورهی شمارهی پاییز 1395

 

 

 

 

 

تاثیر افزودن نانوکامپوزیت CNT/Ag به مزوپور TiO2 و بررسی خواص

فوتوکاتالیستی جهت تخریب متیل اورانژ

 

مهسا مسعود*1، امیر عباس نوربخش2، سید علی حسن زاده تبریزی1

 

1 مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد، اصفهان

 

2 گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا، اصفهان

 

 

 

 

اطلاعات مقاله:

 

دریافت: 27 مهر 1395

 

پذیرش: 3 اسفند 1395

 

کلید واژه:

 

مزوپــور TiO2، نقــره، نــانو تیــوب کــربن، خاصــیت فوتوکاتالیــستی،

 

نانوکامپوزیت

 

* mahsa611@yahoo.com

 

چکیده:

 

در تحقیق حاضر علاوه بر ساخت مزوپور TiO2 با سطح ویژه بالا، تاثیر افزودن نانو تیوب کربنی به تنهایی و به همراه ذرات نقره فلزی به صورت غیرمستقیم بر روی هدایت الکتریکی مزوپور TiO2 مورد بررسی قرار گرفت. هدف بررسی خاصیت فوتوکاتالیستی مزوپور TiO2 با افزودن نقره و نانو تیـوب کربنـی اسـت. سـنتز مزوپور TiO2 به روش سل ژل با پیشسازه تیتانیم ایزوپروپوکساید و P123 انجام گرفت. سپس سطح نـانو تیوب کربن با اسید نیتریک فعال شد و کاتیون نقره با استفاده از نیترات نقـره بـر سـطح نـانو تیـوب کـربن نشست. یون نقره توسط سدیم بور هیدرات به نقره فلزی تبدیل شد و در آخر مزوپـور TiO2 بـا نـانو تیـوب فعال شده توسط نقره فلزی به صورت مکانیکی مخلوط شد. بررسی آنالیز فازی در ریز ساختار مزوپور TiO2 توسط SEM , TEM و BET صورت گرفت. نتایج LXRD نشان داد که مزوپـور TiO2 تـشکیل و سـطح ویژه آن 90m2/gr تخمین زده شد. در ادامه از روش بررسی خاصیت فوتوکاتالیستی و آزمایش تخریب متیل اورانژ در حضور درصدهای مختلف مولی نانوکامپوزیت نقره استفاده گردید. نتایج به دست آمـده از آزمـایش تخریب متیل اورانژ نشان داد که نمونه (%15/50Ag-CNT)60-(TiO2)1 که دارای 15%wt نقره مـیباشـد، دارای خاصیت فوتو کاتالیستی بهتری از سایر نمونهها است.

 

 

 

 

 

-1 مقدمه

 

اثرات محیطی تغییرات کلی آب و هوا به علت مصرف منابع محدود انـرژی مـشکلات زیـادی را ایجـاد کـرده اسـت. در سالهای اخیـر مـواد بـا هـدایت الکتریکـی بـالا بـه خـاطر کاربردشان در تبدیل انـرژی گرمـایی ماننـد تبـدیل گرمـای


 

 

اتلافی به انرژی الکتریکی بررسـی شـدهانـد2]و.[1 در ایـن رابطه فعالیت فوتوکاتالیستی برخی از مواد به دلیـل اسـتفاده آنها در تولید انرژی یا زدودن آلودگیهای محیطی نیز مورد توجه پژوهشگران قرار گرفتهاند.[3-5] بررسی نیمه رساناهـا در این زمینه نـشان داده اسـت کـه بـه دلیـل تولیـد جفـت الکترون- حفره که میتواند به سطح ذره انتقـال پیـدا کنـد،

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

قابلیت باز ترکیب به کمک اصلاح مواد یا روشهای مختلف دیگر میتواند افزایش پیدا کند.[6-11]

 

از طرف دیگر مواد کربنی مانند کربن فعال، نـانو لولـههـای کربنــی و نــانو فیبــرهــای کربنــی بــه عنــوان حامــلهــای فوتوکاتالیستی نیز مورد استفاده قـرار گرفتـهانـد و در میـان آنها نانو لوله کربن (CNTs) به دلیل ساختار بـه خـصوص

 

(بــه صــورت تــک جــداره (SWCNTs) و چنــد جــداره

 

((MWCNTs)، طبیعت متخلخل و خصوصیتهـای متعـدد دیگر مورد توجه بوده است.[12-14] همچنین، نانو لولههای کربن دارای مـدول یانـگ (0/5-2TPa) و تـنش مقـاومتی

 

(120-150GPa) و پایــداری شــیمیایی زیــادی هــستند و خصوصیات مکـانیکی، حرارتـی و الکتریکـی خـوبی از خـود نشان میدهند16]،.[15 تمام این مشخصهها، نانو لولههـای کربنی را کاندید مناسبی بـرای توسـعه نـانوکامپوزیـتهـای پیشرفته کرده که در جنبـههـای مختلـف تکنولـوژی ماننـد صنعت الکترونیک، کاتالیستهـای هتـروژن و مخـزنهـای ذخیره انرژی استفاده میشوند.[17]

علاوهبر دلایل ذکر شده ساختار و مورفولوژی نانو لولههـای کربنی باعث میشود که بتوان از آنهـا بـه عنـوان پایـهای بــرای نــشاندن ذرات فلــزی در جهــت اضــافه کــردن خاصیتهای دیگری مانند افزایش فعالیت، ایجاد سطح ویژه

 

æ                  هدایت الکتریکی اسـتفاده کـرد. برخـی از نـانو فلـزهـای استفاده شده بر روی CNTs مانند پلاتین، پالادیوم، روتنیوم

 

æ                   رودیوم به صورت مستقیم بر خواص کاتالیـستی آن تـاثیر داشـته اسـت.[18-20] از جملـه مـواد فتوکاتالیـست دیگـر میتوان TiO2 را نام برد که در کنـار خاصـیت غیـرسـمی و پایداری ترمودینامیکی زیاد، دارای خاصـیت فوتوکاتالیـستی

2         دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395


تاثیر افزودن نانوکامپوزیت CNT/Ag به مزوپور ... TiO2

 

 

 

شناختهشدهای است. فاز آناتاز این اکسید نسبت به فـازهـای دیگر آن به خاطر تحرک بیـشتر حامـلهـای بـار، خاصـیت فوتوکاتالیستی بهتری نشان داده است.[21]

 

مطالعات کتابخانهای و بررسـی تجربـی در مـورد خاصـیت فوتوکاتالیــستی کامپوزیــت MWCNT-TiO2 نــشان داده است که نانو لوله کربن بیشتر نور را برانگیخته می کنـد تـا اینکه آن را جذب کند.[22] یافتههـای دیگـری خاصـیت هدایتی و دیالکتریکی نانو لوله کربن را بررسی مـیکننـد که به طور مشخصی این خـصوصیات، بـا تغییـر محتـوای

 

TiO2 و نانو لوله کربن تغییر میکند. نـانو کامپوزیـتهـای دیگری بـا خاصـیت فوتـو کاتالیـستی خـوب ماننـد TiO2

 

اصــلاح شــده بــا نقــره، CNT–TiO2 و الکتــرودهــای کامپوزیتی Ag–CNT/Mesoporouse TiO2 نیز بررسی

شدهاند.[23-29]

 

در این پژوهش مقادیر متفاوتی از نقره بر روی MWCNTs

 

نــشانده شــده و خاصــیت فوتوکاتالیــستی نــانو کامپوزیــت

 

Ag–CNT–TiO2 با اندازهگیری میزان تخریب متیل اورانژ در حضور اشعه فرابنفش (UV) بررسی گردیده است.

 

-2 فعالیتهای تجربی

 

-1-2 سنتز مزوپور TiO2

 

در یک بـشر مقـدار 1 گـرم Sigma-Aldrich) P123 کـد تجاری: (435465 و 60 میلی لیتر اتانول Merck) با خلوص

 

(99% ریخته و با گذاشتن پوششی بر روی بشر، مخلـوط بـه دست آمده را در دمای اتاق بر روی همزن مغناطیـسی قـرار داده تا کاملاٌ در یکدیگر پخش شوند. پس از پخـش شـدن کامل P123 در اتانول به محلـول مقـدار 5/18 میلـی لیتـر

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

تیتانیوم ایزوپروپوکساید Sigma-Aldrich) مایع با خلـوص

 

97 % کد تجاری: (205273 اضافه کرده و سل بهدست آمده به مدت 2 ساعت در دمای اتاق بر روی همـزن مغناطیـسی هم زده میشود. بعد از گذشت 2 سـاعت 36 میلـیلیتـر آب دوبــار تقطیــر بــه ســل اضــافه مــیشــود. ســپس بــرای تنطیم pH=10 به سل، آمونیاک (Merck) به صورت قطره قطره اضافه میشود. با تنظیم pH=10 محلول بـرای مـدت

 

24 ساعت در دمای محیط هم زده میشـود. سـپس توسـط آب دوبار تقطیر و قیف بوخنر و به کمک پمـپ خـلأ کـاملاٌ شسته میشود و به مدت 6 ساعت در دمـای 80ºC خـشک میگردد. پودر بهدست آمده برای پخت در بوته ریخته شـده و در کوره طی دو مرحله، اول به مـدت 2 سـاعت در دمـای

 

200ºC و سپس به مدت 3 سـاعت در دمـای 450ºC قـرار گرفت تا ساختار مزوپور تشکیل شود.[30]

 

-2-2 عاملدار کردن MWCNTs

 

گــروههــای کربوکــسیل (COOH) وهیدروکــسیل (OH)

 

سطحی در نانو لوله کربن، گروههای مستعدی جهت اتـصال کووالانسی به یونهای فلزی و برخی کمپلکسها میباشند.

 

عمل فعالسازی سطح نانو لوله کربنـی توسـط اسـید انجـام مـیگیــرد. جهـت فعــال نمـودن ســطح نـانو لولــه کربنــی

 

Sigma-Aldrich) با ابعاد 30- 20 nm و طول 2~μm کد تجاری: (636495، 1 گرم از نانو لولـه کربنـی در 30 میلـی لیتر اسید نیتریک 5 (Merck) مولار به مدت 8 ساعت و در دمای 90-95ºC رفلاکس شد. نانو لوله کربنـی فعـال شـده سپس صاف و با آب دوبار تقطیرتا رسیدن به pH=7 چند بار شستشو داده شد. سپس رسوب حاصل به مـدت 15 سـاعت در دمای 100 ºC خشک گردید.[31]


 

 

 

 

 

-3-2 آمــادهســازی نــانو کامپوزیــت

 

Ag/CNT

 

جهت نشاندن یون نقره بر روی نانو لوله کربنی، 0/05 گـرم از نانو لوله کربنی فعال شـده در مرحلـهی قبـل بـه مقـدارهـای مختلف نیترات نقره Merck) جامد با خلوص تجزیهای) که به حجم 10 ml رسانده شدهاند، اضافه میشود. سپس به مدت 6

 

ساعت در دمای 80ºC رفلاکس مـیشـوند.[32] در مرحلـهی بعد سدیم بور هیدرات Merck) جامد با خلوص تجزیهای) بـه حجم 25 mlرسانده شده و قطره قطـره در دمـای محـیط بـه محلول کربن و نیترات نقره اضافه و به مدت 1 ساعت هم زده میشوند. رسـوب هـای حاصـل بـا آب دو بـار تقطیـر صـاف میشوند. این نانو لولههای کربنی عامل دار شده با نقره تحـت خلأ و در دمای 80ºC به مدت 6 سـاعت خـشک گردیـدهانـد

 

(جدول .(1 به منظور تعیین درصد نقره نشانده شده بر روی نانو لوله کربن از دستگاه طیفسنج جـذب اتمـی (AAS) اسـتفاده شد. نتایج این آزمون نشان میدهد که نقره بر سطح نانو لولـه کربن تا مقدار %15 wt جذب میشود. (جدول (2

 

جدول -1 نمونههای آماده شده CNT/Ag با مقدارهای

 

مختلف Ag (میزان یونهای نقره مشخص شده توسط

 

طیفسنج جذب اتمی)

 

نمونهها AgNO3 (g) NaBH4 ( g) CNT (g) Ag (wt%)

 

AC-1

1

0/05

0/0010

0/0009

AC-2

7

0/05

0/0066

0/0059

AC-3

15

0/05

0/0161

0/0144

AC-4

16

0/05

0/0174

0/0155

AC-5

18

0/05

0/0189

0/0170

AC-6

22

0/05

0/0241

0/0215

AC-7

30

0/05

0/0377

0/0338

 

 

 

 

 

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

3

 

 

 

 

 

 

 

جدول -2 میزان نقره مشخص شده بر روی MWCNT

توسط طیفسنج جذب اتمی

 

نمونهها

درصد نقره

درصد نقره روی CNT

 

واقعی استفاده

خوانده شده توسط دستگاه

 

شده (wt%)

جذب اتمی (wt%)

 

 

 

AC-1

1

1

AC-2

7

7

AC-3

15

15

AC-4

16

13

AC-5

18

14

AC-6

22

13

AC-7

30

15

 

 

 

 

-4-2 مخلوط مکـانیکی مزوپـور TiO2 و

 

نانو لوله کربن عاملدار شده با نقره

 

به منظور به دست آوردن مخلوط یکنواختی از مزوپور TiO2

 

و کربن عاملدار شده با نقره با رعایت نسبت TiO2/CNT-Ag=1/60، ابتدا مزوپور TiO2 در 20 ml آب توزیـع شـد و به مدت 30 دقیقـه در دسـتگاه اولتراسـونیک قـرار گرفـت.

 

سپس کربن عاملدار شده بـا نقـره، بـا رعایـت نـسبت، بـه محلول در حال هم زدن اضافه شد و برای 30 دقیقه بیـشتر در دستگاه اولتراسونیک قـرار گرفـت. پـس از آن در دمـای

 

80°C تا تبخیر کامل آب بـر روی همـزن مغناطیـسی قـرار داده شد. پودر حاصل برای تبخیر کامـل آب در خـشککـن خــلاء در دمــای 104°C بــه مــدت 12 ســاعت قــرار داده

 

شد.[33]

 

-5-2 تهیه محلول آبی متیل اورانژ

 

برای تهیه محلولهای آبی متیل اورانژ ابتدا 0/1 گـرم پـودر

4        دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395


تاثیر افزودن نانوکامپوزیت CNT/Ag به مزوپور ... TiO2

 

 

 

متیل اورانـژ را در آب دو بـار تقطیـر حـل کـرده و در بـالن 100ml به حجم میرسد. از این محلـول 50ml برداشـته و در بالن 100ml به حجم مـیرسـد. سـپس از ایـن محلـول 20ml برداشته و در بالن 100ml دیگری به حجم میرسـد.

 

از ایـن محلـول بـرای تهیـه محلـولهـای متیـل اورانـژ بـا غلظـــتهـــای 5 ppm، 10 ppm، 15 ppm و 20 ppm

استفاده میشود.

 

منحنی جذب محلولهـای آبـی متیـل اورانـژ بـا اسـتفاده از دستگاه اسپکترو فوتـومتر، بـراسـاس طـول مـوج در دامنـه 200-700nm رسم گردید. از مطالعـه منحنـی رسـم شـده حداکثر جذب در طول موج 420nm به دست آمد. با استفاده از نقاط ماکزیمم این منحنیها نمودار کالیبراسیون (شکل (1

رسم گردید. همانطور کـه از نمـودار کالیبراسـیون اسـتنباط میشود، غلظت میانی 15ppm حد میانی است و تستهـای تخریب با این غلظت انجام شد.

 

-6-2 روشهای شناسایی

 

الگـــوی پـــراش اشـــعه Bruker D8 Avance ) X (diffractometer بـا اسـتفاده از تشعـشع Cu Kα و فیلتـر نیکـل و λ=1.5406 ºA در زاویـههـای کـم و زیـاد مـورد استفاده قرار گرفت. مورفولـوژی مزوپـور TiO2 بـا دسـتگاه میکروسکوپ الکترونـی روبـشی (SEM) بـا ولتـاژ افزاینـده

 

20kV (مـــدل: (LEO.435VP و پوشـــش نمونـــه بـــا طــلا و ســاختار مزوپــور TiO2 بــا دســتگاه میکروســکوپ الکتــرون عبــوری (TEM) مــدل JEM 2011 بررســی گردیــد. ســطح ویــژه مزوپــور TiO2 بــا اســتفاده از روش

 

(2365 Gemini) Brunauer–Emmett–Teller توســط

 

سیستم جذب-واجذب گاز نیتروژن اندازهگیری گردید (قبـل

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

از اندازهگیری نمونهها به مدت یک شب در دستگاه خشک-

 

کن خلأ در 170ºC قرار داده شدند). طیفسنج تبدیل فوریه مــادون قرمــز FT-IR (مــدل: (400D, NICOLET.Co

برای شناسایی گروههای سطحی موجود نانو کامپوزیـت بـه کار گرفته شد. طیفسنجی بازتابشی انتـشاری (DRS-UV)

 

برای اندازهگیری انرژی باندگپ نمونـه اسـتفاده شـد (مـدل:

 

.(Avantes-Avaspec-2048-TEC علاوه بر ایـن میـزان باندگپ بر اساس رابطه پیشنهاد شده توسط تاک، دیـویس و موت به صورت زیر محاسبه شد:

 

1)                (hνα)1/n = A(hν - Eg)

 

α ضریب جـذب، h ثابـت پلانـک (6.626×10-34  J.s)، υ


 

 

 

 

 

فرکانس، Eg انرژی شکاف نـواری و A عـدد ثابـت و n بـه حالت عبوردهی نور در نمونه بستگی دارد که بین 1 تـا 0/5

 

متغیر است. انرژی باندگپ از نقطـهی تقـاطع بخـش خطـی نمودار با محور افقی اندازهگیری شد.[34] طیفسـنج جـذب اتمــــی (Perkin -ElmerAnalyst300) (AAS) بــــرای مشخص کردن میزان نقره موجود بر سطح MWCNTs به کار گرفته شد. همچنین طیفسنجی اشعه فـرابـنفش قابـل رویـــت (UV-Vis) مـــدل 2100sBJV24511103006

(ساخت (UNICO Co برای مشاهده میزان تخریب نـوری محلــول متیــل اورانــژ توســط نــانو کامپوزیــت در ناحیــه 200-700nm استفاده گردید.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -1 منحنی کالیبراسیون متیل اورانژ

 

 

-7-2 نحــوه انــدازهگیــری فعالیــت

 

فوتوکاتالیستی

 

فعالیت فوتوکاتالیستی مزوپور TiO2 و نانوکامپوزیـت توسـط


 

اندازهگیری میزان تخریب متیل اورانژ در دمای اتـاق و زیـر نور فرابنفش سنجیده شد. تخریب نمونهها در بـشرهـایی بـا ظرفیت 50 mL بر روی همزن مغناطیسی انجـام شـد. pH

 

محلول با اضافه کردن محلول استاندارد HCl روی 3 تنظیم

 

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

5

 

 

تاثیر افزودن نانوکامپوزیت CNT/Ag به مزوپور ... TiO2

 

 

 

 

گردید. در ابتدا 0/1 gr از نمونـههـا شـامل مزوپـور TiO2 و

 

Ag-CNT/mesoporous TiO2 بـا درصـدهـای مختلـف نقره، بهطور جداگانـه در 50ml از محلـول 15 ppm متیـل اورانژ بهطور یکنواخت پراکنده شدند. نمونهها ابتدا بـه مـدت

 

24 ساعت در محیط تاریک بوده و سپس تحـت تـابش نـور

 

UV قرار گرفتند. قبل از تـابش، محلـول توسـط UV-Vis

 

بررسی و به عنوان غلظت تعادل اولیـه در نظـر گرفتـه شـد.

 

آزمایش در زیر لامپ فرابنفش 15W که به طور مستقیم در


 

 

 

بالای محلول و در فاصـله 20 cm سـانتیمتـر از سـطح آن

 

انجام شد.[35]

 

-3 نتایج و بحث

 

-1-3 شناسایی مزوپور TiO2

 

فاز تشکیل شدهی مزوپـور TiO2 و نـانو کامپوزیـت توسـط

 

آنالیز XRD بررسی گردید (شکل .(2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -2 الگوی پراش اشعهی ایکس مزوپور TiO2 الف) در زاویهی کم و ب) زاویهی زیاد

 

 

الگوی پراش اشعه ایکس برای مزوپور TiO2 در زوایای کم

 

(0/5-3/0)º و زیاد (65-25)º انجـام شـد. شـدت و وضـوح پیکها در نمونه مزوپور TiO2 به درجه نظم تخلخـلهـای ایجاد شده در ساختار وابسته میباشد و از اختلاف دانسیتهی الکترون بین دیوارهها و تخلخلها در ساختار ناشی میشـود.

پیکهای مشخص شده XRD از مزوپور TiO2 حضور فـاز آناتاز را نـشان مـیدهنـد .(JCPDF file 01-071-1166)


 

سایز نانو ذرات TiO2 با استفاده از رابطه (2)، رابطهی شـرر، در حدود 20 nm به دست آمد .[36-39]

 

2)                         L=Kl/bCosq

 

که در آن L اندازه دانه (نـانومتر)، K ثابـت، l طـول مـوج اشعه ایکس (نانومتر)، b عرض در نصف ارتفاع پیـک (قلـه فاز) و q زاویه پراش میباشد.

 

6         دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

شکل 3 تصاویر SEM و TEM برای بررسی ریـزسـاختار و مورفولوژی مزوپور TiO2 را نشان میدهند. سـاختار دانـهای یکنـواختی در حـدود 0/2 µm در تـصویر SEM از مزوپـور

 

TiO2 دیده میشود (شکل -3الـف) تـصویر TEM (شـکل

 

-3ب) تعدادی نانو ذرات مزوپور TiO2 را نشان میدهد کـه به یکدیگر متصل شده و ساختار مزوپور در حدود 5-10 nm

 

را تشکیل دادهاند. بررسی مشخصهیابیهای ذکرشـده نـشان

 

 

 

 

 

میدهد که ساختار مزوپور TiO2 تشکیل شده است[33]

 

تـصویر TEM و آنـالیز EDS نمونـه AC-3 (شـکل -3ج)

 

نشاندهنده توزیع ذرات مزوپور TiO2 در میان MWCNTs

 

و تـشکیل ذرات نقـره بـر روی سـطح MWCNTs اسـت.

 

همچنین اینگونه استنباط میشود که برخی از قسمتهـای نمونه AC-3 آگلومره هستند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -3 تصویرهای الف) SEM و ب) TEM از مزوپور TiO2 و ج) TEM/EDS از Ag-MWCNTs نمونه AC-3

 

 

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

7

 

 

تاثیر افزودن نانوکامپوزیت CNT/Ag به مزوپور ... TiO2

 

 

 

-2-3 بررسـی فعالیـت فوتوکاتالیـستی Mesoporous TiO2–CNT/Ag

 

برای بررسـی خاصـیت فوتوکاتالیـستی، مقـداری از محلـول متیل اورانژ نمونهها، در فاصلههای زمانی منظم انتخاب شده و سانتریفیوژ گردید، سپس مقدار جذب با استفاده از دسـتگاه طیفسنج UV-Vis اندازه گیری شد. برای کـاهش خطـای آزمایش، فعالیت فوتوکاتالیستی نمونهها در شرایط یکسان 3

 

مرتبه تکرار شده و مورد بررسی قرار گرفتند و نتایج به طـور متوسط برآورد شـدند. ثابـت تخریـب k(min-1) بـر اسـاس معادله تخریب از نوع درجه اول، به صورت زیر محاسبه شد:

 

3)                         ln C 0/Ct = kt

 

در این رابطه C0 غلظت اولیه رنگ، Ct غلظت رنگ پـس از گذشت زمان t از شروع واکنش و k ثابـت سـرعت واکـنش است.[40]

 

P25 تجــاری و مزوپــور TiO2 بــه عنــوان مرجعــی بــرای


 

 

 

اندازهگیـری میـزان تخریـب فوتوکاتالیـستی بـا اسـتفاده از طیفسنج UV-Vis انتخاب گردیدند.

 

محلول آبی متیل اورانژ در حدود 500nm شدت پیک زیادی دارد و غلظــت رنــگ بــا تغییــرات شــدت طیــف UV-Vis

 

مشخص میشود. شدت پیـک جـذب وقتـی محلـول دارای فوتوکاتالیست تحت تابش نور فرا بنفش قرار میگیرد، شروع به کم شدن میکند. منحنی جذب UV بر حسب طول موج توسط دستگاه UV-Vis، ابتدا برای محلول آبی متیل اورانژ و سپس برای 3 نمونـه دیگـر (کـه در 30، 60 و 90 دقیقـه تحت تابش UV قرار گرفته بودند)، در دامنه 200-700nm

 

رسم گردید. مقایسه طیف جذب و ثابت سینتیکی k مزوپـور

 

(0/0034min-1) TiO2 و (0/0025min-1) P25 نــــــشان دهنده سرعت تخریب بهتر مزوپور TiO2 است (شـکل (4 و

در نتیجه فعالیت فوتوکاتالیستی بهتر مزوپور TiO2 به دلیـل سطح ویژه بیشتر، نسبت به P25 اثبات گردید.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -4 سینتیک فوتو تخریب متیل اورانژ P25 و مزوپور TiO2

 

 

تغییرات غلظت نسبت به زمان متیل اورانژ حاوی کاتالیـست

 

Ag/CNT/mesoporous TiO2 با مقدارهـای متفـاوتی از نقره، برای مقایسه خاصیت فوتوکاتالیستی نمونهها سـنجیده شد (شکل .(6 تخریـب متیـل اورنـژ تحـت نـور فـرابـنفش


 

بـــسیار آهـــسته صـــورت مـــیگیـــرد. بـــا افـــزودن

 

Ag/CNT/mesoporous TiO2 سرعت تخریـب افـزایش پیدا میکند. مشاهده میشود کـه متیـل اورانـژ بـه صـورت کامل توسط نمونههای AC-1 و AC-2 وقتی که بـه مـدت

 

8         دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

24 ساعت در محیط تاریک قرار گرفتهاند، جذب شده اسـت که میتواند بـه دلیـل جـذب سـطحی متیـل اورانـژ توسـط مکانهای خالی MWCNT که با نقـره پوشـانده نـشدهانـد باشد. بنابراین نمودار سینتیک فوتوتخریـب و نمـودار جـذب

 

UV معیــاری بــرای تخریــب متیــل اورانــژ ایــن دو نمونــه نمیباشد در حالی که تخریب فوتوکاتالیستی همان مقـدار از متیل اورانژ برای نمونههای AC-3 و AC-4 نشان میدهـد که بعد از 220 min تخریب فوتوکاتالیستی بـه طـور کامـل


 

 

 

 

 

انجام شده است. همانگونه که در شکل 5 مشاهده میشـود در ابتدا نانو لوله کربن توسط اسید نیتریک عامـلدار شـده و گـروههـای –OH و COOH بـه سـطح نـانو لولـه کـربن میچسبد. هنگامی که نقره کمتر از 7% wt است درصد نقره روی سطح کربن نانو لوله نسبت به گروههای عـاملی بـسیار کم است. با افزایش نقره تا 15 % wt، اکثر سظح کـربن نـانو لوله با نقره پوشیده میشود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -5 طرحواره مکانیزم عاملدار کردن نانو لوله کربن با نقره (a نانو لوله کربن (b نانولوله کربن عاملدار شده (C عاملدار کردن نانو لوله کربنی با % 1 وزنی نقره (d عاملدار کردن نانو لوله کربنی با % 7 وزنی نقره (e عاملدار کردن نانو لوله

 

کربنی با % 15 وزنی نقره

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

9

 

 

تاثیر افزودن نانوکامپوزیت CNT/Ag به مزوپور ... TiO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -6 منحنی جذب بر حسب طول موج نمونههای الف) AC-2 و ب) AC-3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -7 سینتیک فوتوتخریب متیل اورانژ نمونه AC-3

 

نمونــــــههــــــای (k = 0/020min-1) AC-3 و AC-4

فوتوکاتالیستی خوبی از خود نشان میدهنـد (شـکل (7 کـه

(k = 0/015min -1) در مقایسه با AC-1 و AC-2 خاصـیت

میتواند به علت دلیلهای زیر باشد. دو روش متداول بـرای

01       دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

افزایش فعالیت فوتوکاتالیستی، یکی کاهش انرژی بانـدگـپ

 

(Eg) و دیگری جلـوگیری از بـاز ترکیـب الکتـرون و حفـره است. کربن نانو تیوب در مقایسه با مزوپور TiO2 یک مـاده هادی بسیار خـوب اسـت و بنـابرایـن مـیتوانـد بـا انتقـال الکترون- حفره تولید شده در سـطح مـاده فوتوکاتالیـست از بازترکیب آن جلوگیری کـرده و لـذا باعـث بهبـود خاصـیت فوتوکاتالیستی شود. در سـطح نانولـه کـربن عامـلدار شـده گــروههــای عــاملی –COOH و –OH قــرار گرفتــهانــد و بنابراین اینگونه استنباط میشود که نانو لوله های کربن با 1 %wt و 7 % wt نقرهی نشانده شده روی سطح نـانوتیوب کربنی، دارای بیشترین گروههای عاملی در مقایسه بـا % wt 15 نقره هستند. این گروههای عاملی به عنوان مانعی بـرای حرکت الکترونها و تعامل با مزوپور TiO2 در نور فرابـنفش عمل میکنند و در نتیجه خاصیت فوتوکاتالیستی بهبود پیـدا


 

 

 

 

 

نمیکند. اما در 15 % wt نقره میتوان چنین استنباط کرد که خاصیت فوتوکاتالیستی افزایش پیدا میکند به دلیل ایـنکـه سطح نانو لوله کربن با مقدار بیشتری از نقره پوشیده میشود

41]، 38، .[21

 

-3-3 مشخصهیابی نمونه AC-3

 

در بررسی الگوی پراش اشعه X نمونه AC-3 چنین استنباط میشود که نمونه شامل یـک زمینـه آمـورف اسـت کـه بـه حضور کربن نانو لوله نسبت داده میشود. هـمچنـین وجـود پیــــکهــــای نقــــره در38/1◦، 44/3◦، 64/6◦ و 77/5◦

نشاندهنده فرآیند درست احیـاء کـاتیونهـای نقـره توسـط سدیم بور هیدرات میباشد (شـکل .(8 عـدم وضـوح کامـل پیکهای مزوپور TiO2 صـرفاً بـه دلیـل میـزان کـم آن در نمونه میباشد42]، .[18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -8 الگوی پراش اشعه X نمونهAC-3

 

تخمین غیرمستقیم باندگپ مزوپور TiO2 و نمونه AC-3 بـا   استفاده رابطهی (1) و برونیابی نقطه برخورد خط مماس بر

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

11

 

 

تاثیر افزودن نانوکامپوزیت CNT/Ag به مزوپور ... TiO2

 

 

 

نمودار و محور Xها در α=0 انجام شد. نقطـه برخـورد خـط   است (شکل .[43] (9 از نتایج اینگونه استنباط میشود کـه

 

مماس و محور Xها، Eg مزوپور TiO2 میباشد که برابر بـا    با توجه به نقش کربن نانو لوله به همراه نقره در نمونه بهینه

 

3/2 eV است. انرژی باندگپ از حدود 3/2 eV برای نمونـه   AC-3، جلوی بازترکیب الکترون- حفره بـه خـوبی گرفتـه

 

مزوپور TiO2، به 3/1 eV برای نمونه AC-3 کاهش داشته   شده و همچنین چگالی الکترون افزایش یافته است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -9 نمودار α2) DRS-UV بر حسب (Eg مزوپور TiO2 و نمونه AC-3

 

 

مـساحت سـطح مخـصوص مزوپـور TiO2، MWCNTs و

 

نمونه بهینه AC-3 با استفاده از BET بررسی شـد کـه بـه ترتیــب برابــر 60/0m2g-1، 120/3m2g-1 و 114/6m2g-1

 

میباشد. قطر حفـره مزوپـور TiO2 حاصـل از BET حـدود

 

10/0 به دست آمـده کـه تطـابق مناسـبی را بـا مـشاهدات

 

TEM نشان داد.

 

جهت بررسی نقش گروههای عاملی در سطح نمونههای Ag-) (15/50% CNT و (7/00% Ag-CNT) از آنـــالیز FT-IR

استفاده شد(شکل .(10 پیک در ناحیه 1115cm-1 نشاندهنـده وجود پیوند C-O و در ناحیه 1650cm-1 حضور پیوند C=C را نشان میدهد که به دلیل وجه کششی باند دوگانـه در سـاختار نانولوله کربن است. ظاهر شـدن پیـکهـای جدیـد در ناحیـه


 

2928cm-1 (پیونـــــدهـــــای (O-H و (OH) 3416cm-1

 

نشاندهنده اتصال گروههای عاملی به نانولوله کربن است.

 

با توجه به آمادهسازی نمونهها در شـرایط یکـسان، بررسـی پیـک COOH نـشان مـیدهـد کـه ایـن پیونـد در نمونـه

 

(15.50%Ag-CNT) نــسبت بــه نمونــه (7.00%Ag-CNT) به دلیل حضور نقره و اتـصال آن بـه گـروه عـاملی، کاهش پیدا کرده اسـت45] و .[44 مکـانیزم احتمـالی ایـن است که گروههـای عـاملی –COOH و –OH موجـود بـر سطح نانولوله کربن مانند سدی در برابر حرکت الکتـرونهـا عمل میکند، بنابراین بهبود خاصیت فوتوکاتالیستی میتواند به علت هدایت سطحی الکترونها در حضور نقره باشـد کـه جایگزین گروههای عاملی شدهاند.

 

21        دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -10 آنالیز FT-IR نمونههای (15.50%Ag-CNT) و (7.00%Ag-CNT)

 

 

-4 نتیجهگیری

 

مزوپور TiO2 با سطح ویژه زیاد با روش سل-ژل سنتز و بـه صورت مکانیکی با نانو لولـه کربنـی عامـلدار شـده بـا Ag

مخلوط گردید. مشخص گردید که مقدار معینی از نقـره کـه بر سطح نانولولـه کـربن نـشانده شـده، مـیتوانـد خاصـیت فوتوکاتالیــستی را بهبــود دهــد. نمونــه AC-3 بــا افــزودن %15wt نقره، بیشترین فعالیت فوتوکاتالیـستی را نـسبت بـه نمونههای دیگر نشان داد که با اندازهگیـری تخریـب متیـل اورانژ در زیر نور UV سنجیده شـد. فعالیـت فوتوکاتالیـستی نمونه بهینه AC-3 باعث جذب مولکولهای متیل اورانژ بـه


 

سطح نمونه و تخریب آن میشود. گروههای عـاملی موجـود

 

بر سطح MWCNTs مانند سـدی بـرای حرکـت الکتـرون عمل میکنند، بنابراین افزایش خاصیت فوتوکاتالیستی نمونه حاوی 15 % wt نقره میتواند به دلیل وجود نقرهی متصل به گـروههـای عـاملی –COOH و –OH و در نتیجـه بهبـود انتقال الکترونها به صورت سطحی و جلـوگیری از ترکیـب الکترون و حفره باشد.

 

مراجع

 

[1]   Youngmi Koo, Ginaya Littlejohn, Boyce

 

Collins, Yeoheung Yun a, Vesselin N.

 

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

13

 

 

... TiO2 روپوزم هب CNT/Ag تیزوپماکونان ندوزفا ریثات

 

 

 

 

 

emerging pollutants ", Catalysis Today, 209, 108-115 (2013).

 

[6]          Bin Gao, George Z. Chen and Gianluca

 

Li Puma," Carbon nanotubes/titanium dioxide (CNTs/TiO2) nanocomposites prepared by conventional and novel surfactant wrapping sol-gel methods exhibiting enhanced photocatalytic activity", Applied Catalysis B: Environmental, 89, 503–509 (2009).

 

[7]          YIN Bo, WANG Ji-tong, XU Wei, LONG Dong-hui, QIAO Wen-ming and

 

LING Li-cheng," Preparation of TiO2/mesoporous carbon composites and their photocatalytic performance for methyl orange degradation ", New Carbon Materials, 28, 47–54 (2013).

 

[8]          Jikai Liu, Taicheng An, Guiying Li, Ningzhong Bao, Guoying Sheng and Jiamo Fu," Preparation and

 

characterization of highly active mesoporous TiO2 photocatalysts by hydrothermal synthesis under weak acid conditions ", Microporous and Mesoporous Materials, 124, 197–203 (2009).

 

[9]          W. J. Zhou, Y. H. Leng, D. M. Hou, H.


 

 

 

 

Shanov, Mark Schulz, Devdas Pai and Jagannathan Sankar," Synthesis and characterization of Ag-TiO2-CNT nanoparticle composites with high photocatalytic activity under artificial light ", Composites: Part B, 57, 105–111 (2014).

 

[2]          A. Fujishima and K. Honda,"Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode", Nature (London), 238, 37–38 (1972).

 

[3]          Hoffmann MR, Martin ST, Choi W, Bahnemann DW," Environmental applications of semiconductor photocatalysis ", Chem Rev, 95, 69–96 (1995).

 

[4]          Wang XC, Yu JC, Chen YL, Wu L and

 

Fu XZ," ZrO2-modified mesoporous nanocrystalline TiO2-xNx as efficient visible light photocatalysts ", Environ Sci Technol, 40, 2369–74 (2006).

 

[5]          Rita R. N. Marques , Maria J. Sampaio , Pedro M. Carrapic¸ oa , Cláudia G. Silva a , Sergio Morales-Torresa , Goran Draˇzi ´cb, Joaquim L. Fariaa and Adrián M.T. Silva ," Photocatalytic degradation of caffeine: Developing solutions for

 

 

1395 زییاپ 3 یهرامش 5 یهرود

14

 

 

کیمارس یسدنهم و ملع

 

 

 

 

 

and Won-chun Oh ," Synthesis characterization and photocatalytic analysis of CNT/TiO2 composites derived from MWCNTs and titanium sources ", New Carbon Materials, 24, 159–166 (2009).

 

[14]      Wendong Wang, Philippe Serp, Philippe Kalck, and Joaquim Lu´ıs Faria, "Visible

 

light photodegradation of phenol on MWNT-TiO2 composite catalysts prepared by a modified sol-gel method", Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 235, 194–199 (2005).

 

[15]      Sheikh M. Uddin, Tanvir Mahmud, Christoph Wolf, Carsten Glanz, Ivica Kolaric, Christoph Volkmer, Helmut Holler, Ulrich Wienecke, Siegmar Roth Hans and Jorg Fech, "Effect of size and shape of metal particles to improve hardness and electrical properties of carbon nanotube reinforced copper and copper alloy composites ", Composites Science and Technology, 70, 2253–2257 (2010).

 

[16]      Siu-Ming Yuen, Chen-Chi M. Ma a, Chia-Yi Chuang, Yi-Hsiu Hsiao, Chin-

 

Lung     Chiang   and   An-dih   Yu,"

 

15      1395 زییاپ 3 یهرامش 5 یهرود

 

 

 

 

  1. Li, L.G. Li, G.Q. Li, H. Liu and S.W. Chen," Phase transformation and

 

enhanced photocatalytic activity of S-doped Ag2O/TiO2 heterostructured nanobelts ", Nanoscale, 6, 4698–4704 (2014).

 

[10]      H. Tan, Z. Zhao, W.-B. Zhu, E.N. Coker,

 

  1. Li, M. Zheng, W. Yu, H. Fan and Z. Sun," Oxygen vacancy enhanced photocatalytic activity of pervoskite SrTiO3 ", Appl.Mater, Interfaces, 6, 19184–19190 (2014).

 

[11]      D. C. Hurum, A. G. Agrios, K. A. Gray,

 

  1. Rajh and C. Thurnauer," Explaining

 

the enhanced photocatalytic activity of Degussa P25 mixed-phase TiO2 using EPR ", J. Phys. Chem. B, 107, 4545– 4549 (2003).

 

[12]      Chuan-Yu Yen, Yu-Feng Lin, Chih-Hung Hung, Yao-Hsuan Tseng2, Chen-ChiM Ma, Min-Chao Chang and Hsin Shao, "The effects of synthesis procedures on the morphology and

 

photocatalytic activity of multi-walled carbon nanotubes/TiO2 nanocomposites", Nanotechnology, 19, 045604-15 (2008).

[13]      CHEN  Ming-liang,  ZHANG  Feng-jun

 

... TiO2 روپوزم هب CNT/Ag تیزوپماکونان ندوزفا ریثات

 

 

 

 

 

[20]      B. Ahmmad, Y. Kusumoto, S. Somekawa and M. Ikeda, "Carbon nanotubes

 

synergistically enhance photocatalytic activity of TiO2", Catal. Commun. 9, 1410 (2008).

[21]      Karran Woan, Georgios Pyrgiotakis and

 

Wolfgang Sigmund, "Photocatalytic Carbon-Nanotube–TiO2 Composites", Adv. Mater, 21, 2233–2239 (2009).

[22]      ZHANG  Feng-jun,  CHEN  Ming-liang

 

and OH Won-chun, "Photoelectro-catalytic properties of Ag-CNT/TiO2 composite electrodes for methylene blue degradation", New Carbon Materials, 25, 348–356 (2010).

 

[23]      Seung-woo Lee and Wolfgang M. Sigmund," Formation of anatase TiO2 nanoparticles on carbon nanotubes ", Chem. Commun, 780-781 (2003).

 

[24]      Lei  Ma,  Aiping  Chen,  Zhe  Zhang,

 

Jindong Lu, Hongbo He and Chunzhong Li," In-situ fabrication of CNT/TiO2 interpenetrating network film on nickel substrate by chemical vapour deposition and application in photoassisted water electrolysis ", Catalysis Communications, 21, 27–31 (2012).


 

 

 

 

Preparation, morphology, mechanical and electrical properties of TiO2 coated multiwalled carbon nanotube/epoxy composites ", Composites: Part A, 39, 119–125 (2008).

 

[17]      Won-Chun Oha, Feng-Jun Zhang and Ming-Liang Chen, "Characterization and photodegradation characteristics of organic dye for Pt-titania combined multi-walled carbon nanotube composite catalysts", Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 16, 321–326 (2010).

 

[18]      Peng Cheng Ma, Ben Zhong Tang and Jang-Kyo Kima, "Effect of CNT decoration with silver nanoparticles on electrical conductivity of CNT-polymer composites", Carbon, 46, 1497–1505 (2008).

 

[19]      Bin Gao, Chuang Peng, George Z. Chen and Gianluca Li Puma, "Photo-electro-catalysis enhancement on carbon nanotubes/titanium dioxide (CNTs/TiO

 

2)       composite prepared by a novel surfactant wrapping sol–gel method", Applied Catalysis B: Environmental, 85, 17–23 (2008).

 

 

1395 زییاپ 3 یهرامش 5 یهرود

16

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

[52]   کریمی. ل و دکتـر میـرجلیلـی. م، "نـانو دیاکـسید تیتـانیوم، روشهـای تولیـد و کـاربرد آن"، ماهنامـه فناوری نانو، شماره .10

 

[62]    فعال نظری نداسادات، سمیعی لیلا، بیتاللهی علی و اکبــر نــژاد محمــد مهــدی، "بررســی تــاثیر عامــل پیرسازی محلول اولیه بر ساختار و خـواص فیزیکـی پودرهای مـزوسـاختار اکـسید تیتـانیوم"، مجموعـه مقالات هفتمین کنگره سرامیک ایران، .1388

 

]72[    مــریم رجبــی وینیچــه و علیمــراد رشــیدی، "ســنتز نانوفتوکاتالیــست هیبریــدی دی اکــسیدتیتانیوم -

 

نانولولـه کربنـی و بررسـی حـذف رنـگهـای آزو"،

 

وزارت علوم، تحقیقات و فنـاوری، دانـشگاه صـنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی شیمی، .1391

 

[82]   الهـام سـلیمی، میـرمحمـد علـوینیکجـه و کیـوان شـعبانی،" سـنتز و بررسـی خـواص فوتوکاتالیـستی نانوکامپوزیت "Metal-TiO2، پایـاننامـه، دانـشگاه بینالمللی امـام خمینـی (ره) - قـزوین - دانـشکده علوم پایه، .1398

 

[92]    مــریم شمــشیری و مــسعود همــدانیان، "ســاخت و مطالعهی رفتار نورکاتـالیزگـری نـانو ذرات تیتـانیوم دیاکسید و نانوکامپوزیتهای TiO2/CNT ناخالص شده با Mo و "S، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، دانشگاه کاشان، دانشکده شیمی، .1391

 

[30] Tae-Jung Ha, Hyung-Ho Park, Sin-Young Jung, Seok-Jin Yoon, Jin-Sang

Kim and Ho Won Jang," Effect of porosity on the Seebeck coefficient of


 

 

 

 

 

 

 

mesoporous TiO2 thin films ", Thin Solid

 

 

 

Films, 518, 7196–7198 ( 2010).

 

Dong H. Nam, Seung I. Cha, Byung K.

[31]

Lim, Hoon M. Park, Do S. Han and Soon

 

H. Hong," Synergistic strengthening by

 

grain

and

mechanism

transfer

load

 

refinement of CNT/Al-Cu composites ",

 

 

 

C arbon, 50, 2417–2423 (2012).

 

Ji Dang Kim, Hyosuk Yun, Gwui Cheol

[32]

Kim, Chul Won Lee and Hyun Chul

 

and

activity

"Antibacterial

Choia,

 

reusability  of  CNT-Ag  and  GO  Ag

 

Surface

Applied

nanocomposites",

 

 

 

Science , 283, 227– 233 (2013).

 

K. Rajasekar, S. Thennarasu, R. Rajesh,

[33]

R. Abirami, K. Balkis Ameen and A.

 

Ramasubbu, "Preparation of mesoporous

 

TiO2/CNT nanocomposites by synthesis

 

of mesoporous titania via EISA and their

 

under visible

degradation

photocatalytic

 

Sciences,

State

Solid

irradiation",

light

 

 

 

 

 

 

26, 45-52 (2013).

 

Ibram Ganesh, Polkampally P. Kumar,

[34]

Ibram Annapoorna, Jordan M. Sumliner,

 

Neha  Y.

Ramakrishna,

Mantripragada

 

and

Padmanabham

Gade

Hebalkar,

 

Govindan Sundararajan, "Preparation and

 

                   

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

17

 

 

... TiO2 روپوزم هب CNT/Ag تیزوپماکونان ندوزفا ریثات

 

 

 

 

 

structures", Chem Rev, 102, 4093 (2002).

 

[38]      Jimin Du, Zhimin Liu, Zhonghao Li,

 

Buxing Han, Ying Huang and Yanan Gao, "Mesoporous TiO2 with worm-like structure synthesized via interfacial surfactant assisted route", Microporous and Mesoporous Materials, 83, 19–24 (2005).

 

[39]      Diana Hidalgo, Riccardo Messina, Adriano Sacco, Diego Manfredi, Svetoslava Vankova, Edoardo Garrone,

 

Guido Saracco and Simelys Herna´ndez, "Thick mesoporous TiO2 films through a sole-gel method involving a non-ionic

surfactant:                Characterization        and

 

enhanced performance for water photo-electrolysis", international journal of hydrogen energy (2014).

 

[40]      M. Faycal Atitar, Adel A. Ismail, S.A. Al-Sayari, Detlef Bahnemann, D.

 

Afanasev and A.V. Emeline, "Mesoporous TiO2 nanocrystals as efficient photocatalysts: Impact of calcination temperature and phase transformation on photocatalytic performance", Chemical Engineering Journal, 264, 417–424 (2015).


 

 

 

characterization of Cu-doped TiO2 materials for electrochemical, photo-electronchemical and photocatalytic applications", Applied Surface Science, 293, 229– 247 (2014).

 

[35]      Ziyan Li, Bin Gao, George Zheng Chen, Robert Mokaya, Sotiris Sotiropoulos and

Gianluca Li Puma, "Carbon nanotube/titanium dioxide (CNT/TiO2) core-shell nanocomposites with tailored shell thickness, CNT content and photocatalytic/photoelectrocatalytic properties", Applied Catalysis B: Environmental,110, 50– 57 (2011).

 

[36]      Tae-Jung Ha, Sin-Young Jung, Jun-Hyun Bae, Hong-Lim Lee, Ho Won Jang, Seok-Jin Yoon, Sangwoo Shin, Hyung Hee Cho and Hyung-Ho Park, "Analysis

 

of heat transfer in ordered and disordered mesoporous TiO2 films by finite element analysis", Microporous and Mesoporous Materials, 144, 191–194 (2011).

 

[37]      Soler-Illia GJ., Sanchez C., Lebeau B.

 

and Patarin J., "Chemical strategies to design textured materials: from microporous and mesoporous oxides to nanonetworks and hierarchical

 

 

1395 زییاپ 3 یهرامش 5 یهرود

18

 

 

کیمارس یسدنهم و ملع

 

 

 

 

Journal  of  Hazardous  Materials,  163,

[41]

R. M. Mohamed, D. L. McKinney and

239–244 (2009).

 

W.

M.

Sigmund,

"Enhanced

 

 

nanocatalysts",

Materials  Science

and

 

 

Engineering, 73, 1–13 (2012).

 

 

 

[42]

Na Li, Gang Liu, Chao Zhen, Feng Li,

 

 

Lili  Zhang  and  Hui-Ming  Cheng,

 

 

"Battery Performance and Photocatalytic

 

 

Activity of Mesoporous Anatase TiO2

 

 

Nanospheres/Graphene

Composites

by

 

 

Template-Free  Self-Assembly",  Adv.

 

 

Funct. Mater, 21, 1717–1722 (2011).

 

 

[43]

E.  S.  Aazamn,  "Visible  light  photo

 

 

catalytic degradation of thiophene using

 

 

Ag–TiO2/multi-walled carbon nanotubes

 

 

nanocomposite", Ceramics International,

 

 

40, 6705–6711(2014).

 

 

 

 

[44]  Ying Yu , Jimmy C. Yu, Cho-Yin Chan ,

 

 

Yan-Ke Che, Jin-Cai Zhao, Lu Ding,

 

 

Wei-Kun  Ge  and  Po-Keung  Wong,

 

 

"Enhancement

of

adsorption

and

 

 

photocatalytic activity of TiO2  by using

 

 

carbon nanotubes for the treatment of azo

 

 

dye",

Applied

Catalysis

B:

 

 

Environmental, 61, 1–11 (2005).

 

 

[45]

Chao-Yin   Kuo,   "Prevenient   dye-

 

 

degradation

mechanisms

using

 

 

UV/TiO2/carbon   nanotubes

process",

 

19       1395 زییاپ 3 یهرامش 5 یهرود

 

 

 

 

فصلنامهی علمی پژوهشی

 

 

 

دورهی شمارهی پاییز 1395

 

 

 

 

 

بررسی تأثیر زمان آسیاکاری و دما بر سنتز نانوساختار Ti3SiC2 به روش آلیاژسازی مکانیکی عملیات حرارتی

 

نوید عطازاده1، حمیدرضا بهاروندی2، ناصر احسانی2، مینا سعیدی حیدری*3

 

1 مهندسی مواد مرکب، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 مجتمع مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

3 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی

 

 

 

 

اطلاعات مقاله:

 

دریافت: 29 آذر 1395

 

پذیرش: 9 اسفند 1395

 

کلید واژه:

 

مکـس فـاز، Ti3SiC2، آلیاژسـازی مکانیکی - عملیات حرارتی، زمـان

آسیاکاری

 

* Minasaeedi85@gmail.com

 

چکیده:

 

در این پژوهش مکس فـاز Ti3SiC2 بـا اسـتفاده از مخلـوط پودرهـای Ti، Si و C و بـه روش آلیاژسـازی مکانیکی - عملیات حرارتی سنتز شده است. بهمنظور بررسی تأثیر زمان آسیاکاری و همچنین دمای عملیات حرارتی بر میزان سنتز مکس فاز Ti3SiC2 از ترکیب 3Ti:1/3Si:2C استفاده شد. ابتدا توزین پودرهای اولیه صورت گرفت و پس از آن مخلوط پودرها با نسبت گلوله به پودر 50 به 1 در مدت زمانهـای 30، 40 و 50

ساعت توسط دستگاه آسیاب پر انرژی سایشی تحت اتمسفر آرگون آسیاکاری شدند. سپس مخلوط حاصل با دستگاه پرس و قالب فولادی به قطر 1/2 cm، به شکل قرصهایی تحت فشار 200 MPa تبـدیل شـدند.

 

پس از عملیات حرارتی (عملیات تکمیلی) نمونهها در دماهای 1100 °C، 1200 °C و 1300 °C به مـدت زمان یک ساعت تحت اتمسفر آرگون، آنالیز پراش اشعه ایکس جهت بررسی ترکیب فازی و میکروسـکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی مجهز به طیفسنج EDS بهمنظور مشاهده ریزساختار، به کار گرفتـه شـد. در نهایت مشخص شد که بیشترین مقدار مکس فاز Ti3SiC2 سنتز شده معادل 75 درصـد وزنـی اسـت کـه مربوط به نمونه 40 ساعت آسیاکاری بوده و در دمـای 1200 °C عملیـات حرارتـی شـده اسـت. همچنـین مشاهده شد که با افزایش زمـان آسـیاکاری از 40 بـه 50 سـاعت، درصـد وزنـی مکـس فـاز Ti3SiC2 در محصولات واکنش کاهش یافته است.

 

 

 

دوگانه فلز- سرامیک مواد جدیدی به نام مکس فاز1، بـسیار

-1 مقدمه

حیرتانگیز است .[1] بهطوریکه از یکسو رفتارهـای فلـزی

 

تحقیقات مؤثر از سال1990 نشان مـیدهـد کـه رفتارهـای   نظیر رسانایی گرما، رسانایی الکتریکی، تغییر فرم در دماهای

 

 

 

1 MAX Phase

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

بالا و قابلیت ماشـینکـاری را از خـود بـروز داده و از سـوی دیگر مانند سرامیکهـا خواصـی ماننـد مقاومـت بـه شـوک حرارتی، دیرگدازی، مقاومت در برابر اکسیداسیون و ضـریب انبساط حرارتی پایین دارند .[5-2] این ترکیبـات بـا فرمـول کلی Mn+1AXn نمایش داده میشوند و با توجه به مقـدار n

 

به سه دسـته 211، 312 و 413 تقـسیم مـیشـوند. در ایـن فرمول M معرف فلزات انتقالی شـامل Sc، Ti، V، Cr، Zr،

 

Nb، Mo، Hf و Ta اســت. A نــشاندهنــدهی عناصــر

 

گروههای 12 الی 16 جـدول تنـاوبی شـامل Al، Si، P، S، Ca، Ga، Ge، As، Cd، In، Sn، Tl و Pb بوده و حرف X

 

معرف دو عنصر کربن و یا نیتروژن است .[7 ,6 ,3]

 

ترکیب Ti3SiC2 خواص سرامیکی برجستهای ماننـد مـدول الاستیک بـالا (320 Gpa)، چگـالی پـایین (مقـدار تقریبـی

(4/53 g/cm3، مقاومت عالی در برابـر حمـلات خـوردگی و شیمیایی و نقطه ذوب بالا (3000 °C) از خود نشان میدهد.

 

همچنین دمای پایداری حرارتی آن در اتمسفر گاز خنثـی یـا در محیط خلأ در حدود 1700 °C میباشـد. از طـرف دیگـر

 

Ti3SiC2، از خـود خـواص فلـزی مثـل هـدایت الکتریکـی نـسبتاً بـالا (مقـدار تقریبـی 106-1 m-1 (9/6، هـدایت حرارتی مناسب (37 W/mK)، سختی پایین (مقدار تقریبـی (4 Gpa و مقاومت مناسب در برابر شوک حرارتـی را نـشان میدهد. علاوه بر این Ti3SiC2 بعـد از اعمـال بـار فـشاری 1 Gpa کاملاً برگـشتپـذیر اسـت و جالـبتـرین خاصـیت

 

Ti3SiC2 این است که میتوان آن را بهصورت شـکلهـای پیچیده ماشینکاری نمود .[5] بهمنظـور سـنتز ایـن سـاختار نانولایه تاکنون از روشهای مختلفی مانند رسوب شـیمیایی

 

22      دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395


بررسی تأثیر زمان آسیاکاری و دما بر سنتز نانوساختار ...

 

 

 

فاز بخار[8] 2، روش ذوب قوسـی[9] 3، پـرس ایزواسـتاتیک

گرم4 یا پرس گرم[10] 5، سـینتر جرقـه پلاسـما[11] 6 و ...

 

استفاده شده است. یکی از برترین روشهایی که برای سنتز ترکیبات سـرامیکی در دمـای اتـاق بـه کـار مـیرود، روش آلیاژسازی مکانیکی7 است .[12] این فرآینـد کـه اولـین بـار توسط بنجامین[13] 8 در سال 1970 ارائه شده، در دهههای اخیــر بــسیار مــورد توجــه قــرار گرفتــه اســت و بــهطــور موفقیــتآمیــزی بــرای ســنتز انــواع مختلــف مــواد نظیــر محلولهـای جامـد، مـواد بـین فلـزی، آلیاژهـای آمـورف و کامپوزیتهای سـرامیکی اسـتفاده شـده اسـت .[14] روش آلیاژسـازی مکـانیکی یـک فراینـد متـالورژی پـودر رایـج و مناسب است که دارای مزایـایی ماننـد هزینـه تولیـد کـم و کنترل آسان ترکیبات میباشد .[16 ,15] اخیـراً ایـن فرآینـد توسط محققان بـسیاری بـرای سـنتز مکـس فـاز Ti3SiC2

 

اعمال شده است و درنهایت پودر Ti3SiC2 با خلوص فـازی بالا، به شکل موفقیتآمیزی سنتز شده است .[17] مکانیسم واکنشهای صورت گرفته برای تشکیل مکس فاز Ti3SiC2

 

با استفاده از پودرهای عنصری به این صـورت اسـت کـه در آغاز فرایند سنتز، با توجه به اینکه گرمای تـشکیل (آنتـالپی)

 

واکـنش (1) بیـشتر از سـایر واکـنشهـای ممکـن اسـت و همچنین به دلیل میل ترکیبی شدید تیتـانیوم و کـربن؛ ایـن واکنش در دمای 870 °C و در حالت جامد انجام میپذیرد.

1)                         Ti + C TiC

 

 

 

2 Chemical Vapor Deposition 3 Arc Melting 4 Hot Isostatic Pressing 5 Hot Pressing

 

6 Spark Plasma Sintering 7 Mechanical Alloying 8 Benjamin

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

واکنش (1) بسیار گرماده است. در ادامه در اثـر گرمـای آزاد شده از واکنش (1) در دماهای نزدیک بـه نقطـه یوتکتیـک

 

(1330 °C) مطــابق واکــنش (2)، مــایع یوتکتیــک Ti-Si

 

تشکیل میگردد.

 

2)                          Ti + Si Ti-Si(l)

 

در نهایت مطابق واکـنش (3)، Ti3SiC2 در فـصل مـشترک بین فاز مایع یوتکتیک و ذرات TiC تشکیل میشود .[21]

3)                TiC + Ti-Si(l) Ti3SiC2

 

در این مقاله تـلاش شـده اسـت تـا ضـمن بیـان مکانیـسم تشکیل Ti3SiC2 در فرایند آلیاژسازی مکـانیکی- عملیـات حرارتی، با استفاده از مواد اولیه عنـصری Ti، Si و C، تـأثیر تغییرات مدت زمان فرایند آسیاکاری پیش از فرایند عملیـات حرارتی (عملیـات تکمیلـی) و پـس از آن و همچنـین تـأثیر تغییر دمای عملیـات حرارتـی روی درصـد وزنـی Ti3SiC2

 

سنتز شده، مورد بررسی قرار گیرد.

 

-2 فعالیتهای تجربی

 

در این تحقیق پودرهـای عنـصری تیتـانیوم و سیلیـسیم بـه همراه پودر گرافیت بهعنوان مواد اولیـه مـورد اسـتفاده قـرار گرفتند. بهمنظور اطمینان از خلـوص و مـشاهده ریزسـاختار مواد اولیه تمامی این مواد مورد آنـالیز XRD و SEM قـرار گرفتند. مشخصات کامل هر یک از مواد اولیه در جـدول (1)

آورده شده است. همچنین با توجه به تحقیقات انجـام شـده توسط سایر پژوهشگران مـشاهده شـد کـه در حـین فراینـد سنتز، سیلیسیم تبخیر شده و کمبـود آن منجـر بـه کـاهش خلوص Ti3SiC2 میشود [18]؛ بنابراین بـرای جلـوگیری از


 

 

 

 

 

کمبود سیلیسیم در این پژوهش ضریب آن در نـسبت مـولی

 

اختلاط پودرهای اولیه، 0/3 بیـشتر از مقـدار اسـتوکیومتری

 

انتخاب شد.

 

جدول -1 مشخصات مواد اولیه مورد استفاده در آزمایش

 

 

میزان خلوص (%)

اندازه ذرات (μm)

نوع پودر

 

 

 

 

 

98/65

≤ 20

تیتانیوم

 

≥ 98

≤ 400

آلومینیوم

 

≥ 99

≤ 30

گرافیت

 

 

 

 

 

بهمنظور انجام آزمایش ابتدا پودرهای اولیه بـا نـسبت مـولی

 

3Ti:1/3Si:2C مشخصهیابی شده و سپس با تـرازو تـوزین پودرها صورت گرفت. در ادامه پودرها توسـط یـک دسـتگاه آسیای پر انرژی سایشی مجهز به سیستم خنککننده آبگرد، آلیاژسازی شدند. جنس داخلی محفظه با حجـم 1500 ml و

 

گلولهها از نـوع فـولاد مقـاوم بـه سـایش و جـنس بیرونـی محفظه پلیمری بود. فرایند آسیاکاری با نسبت گلوله به پودر

 

50 بـه 1 و بـا سـرعت 1000 rpm انجـام شـد. بـهمنظـور جلوگیری از اکسید شدن نمونهها، عملیـات تـوزین پودرهـا، شارژ و بستن محفظـه در گلاوبـاکس و همچنـین عملیـات آسیاکاری نیز تحت اتمسفر آرگون با خلوص 99/999 درصد و بهصورت خشک صورت گرفت. زمـان آسـیاکاری نیـز بـه ترتیب 30، 40 و 50 ساعت بود. سپس محلـولهـای جامـد حاصل در یک قالـب فـولادی قـرار گرفتنـد و تحـت فـشار 200 Mpa فشرده شدند تا قرصهایی بـه قطـر 12 mm و

ضخامت 6 mm به دست آید. در ادامه قرصهـا درون بوتـه گرافیتی گذاشته شدند و سپس تحت عملیات حرارتـی قـرار گرفتند و پس از سرد نمودن آنها با هـاون بـهخـوبی خـرد شدند.

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

23

 

 

 

 

 

 

 

جهت سنتز پودر Ti3SiC2 فرآیند پخـت نمونـههـا در کـوره تیوبی با لولهای از جنس کوارتز به قطر داخلی 5 cm انجـام شد. دمای عملیات حرارتی در بازه 1100-1300 °C، مـدت زمان نگهداری یک ساعت، نرخ افزایش دمـا 14 °C/min و

 

همچنین اتمسفر مورد استفاده در کـوره آرگـون بـا خلـوص

 

99/999 درصد بود. در ادامـه بـهمنظـور تـشخیص فازهـای تولید شده، هر یک از نمونهها مورد آنالیز پراش اشعه ایکس

 

(Panalytical-Xpert Pro-MPD) قــرار گرفتنــد. بــرای محاسبه درصد وزنی مربـوط بـه فازهـای تولیـد شـده از دو روش ریتولد[19] 9 و روش ژانـگ[20] 10 اسـتفاده شـد. بـا استفاده از رابطـههـای (4) و (5) در روش ژانـگ مـیتـوان مقادیر فازهای Ti3SiC2 و TiC را محاسبه نمود.

(4

 

 

1.8

 

 

WTSC =

 

 

 

ITC

 

 

 

 

 

ITSC

1.8 +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(5

 

ITSC

ITC

 

 

 

 

 

WTC =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ITSC

1.8 +ITC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در این روابط WTSC و WTC به ترتیب نـشاندهنـده درصـد وزنی Ti3SiC2 و TiC و ITSC و ITC، به ترتیب بیانگر شدت پیــک Ti3SiC2 در صــفحه (104) و شــدت پیــک TiC در صفحه (200) میباشند.

 

همچنین جهت مشاهده ریزسـاختار مربـوط بـه هـر یـک از نمونهها، تـصویربرداری بـه کمـک میکروسـکوپ الکترونـی روبشی نشر میـدانی(MIRA3 TESCAN) (FESEM) 11

 

 

 

 

9 Rietveld 10 Zhang 11 Field Emission Scanning Electron Microscopy

42      دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395


بررسی تأثیر زمان آسیاکاری و دما بر سنتز نانوساختار ...

 

 

 

و طیفسنجی پراش انرژی پرتـو ایکـس(EDS) 12 صـورت گرفــت. تعیــین انــدازه ذرات نیــز بــهوســیله نــرمافــزار

 

SEMAFORE نسخه 5/21 صورت گرفت.

 

-3 نتایج و بحث

 

با توجه به اینکه در این مقاله تغییرات مدت زمان آسـیاکاری و همچنین دمای عملیات حرارتی در سـنتز Ti3SiC2 مـورد مطالعه قرار گرفته است؛ لذا در این بخش هر یـک از مـوارد بعد از فرایند آسیاکاری (قبل از عملیات حرارتـی تکمیلـی) و

 

بعد از فرایند عملیات حرارتی (عملیات تکمیلی) بـه تفکیـک بررسی شدند.

 

-1-3 تأثیر تغییر زمان آسیاکاری (قبل از

 

عملیات حرارتی تکمیلی) بر میـزان سنتز Ti3SiC2

 

شکل (1) الگوهای XRD نمونههـای پـودری بعـد از فرآینـد آسیاکاری در مـدت زمـانهـای مختلـف را نـشان مـیدهـد.

همانطور که مـشاهده مـیشـود در هـر سـه الگـوی XRD

 

موجود در شـکل (1) پیـکهـای مربـوط بـه Ti، Si و TiC

 

موجـود اسـت. بـهطـور کلـی در مرحلـه ابتـدایی آلیاژسـازی مکانیکی، ذرات Si و C، به دلیل اینکه هر دو بسیار شـکننده هستند بهطور قابل توجهی خرد میشـوند. بـا گذشـت زمـان برخی از ذرات خرد شده Si و C در مرز دانـههـای Ti توزیـع میشوند که منجر به شکنندگی و متعاقباً ریز شـدن ذرات Ti

 

میشود. همانطور که در شکل (1) مشخص است، با افزایش زمان آسیاکاری به 40 و 50 ساعت پیکهای Ti و Si پهن و

 

 

 

12 Energy-dispersive X-ray spectroscopy

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

از شدت آنها کاسته شدهاست که نشاندهنده کاهش متوسط اندازه کریستالیت، ایجاد عیوب و نواقص و همچنـین تـشکیل کرنشهای داخلی مـیباشـد 10] و .[17 وجـود فـاز TiC در شکل (1) نشاندهنده آن است که در حین فرآیند آسـیاکاری، هم عمل خردایش و آلیاژسازی ذرات صورت میپذیرد و هـم بین مواد اولیه واکنش انجام میگیرد. میل ترکیبـی Ti بـا C

 

برای تشکیل TiC شدید و واکنش بهصورت گرمازا بوده است

 

.[17] در اثر فرآیند آسیاکاری که برخورد میان گلولهها و پودر و فعالسازی مواد اولیه انجام میگیرد، این برخوردهـا انـرژی لازم برای انجام واکنش (1) را فراهم میکند و TiC تـشکیل میشود. در شکل (1) همچنین به جز درصدی از پودر گرافیت اولیه که برای تشکیل ترکیب TiC مصرف میشـود اثـری از پیکهای گرافیت مشاهده نمیشود. احتمالاً گرافیت بعد از 30

 

ساعت آسیاکاری آمورف شده است و بالا بودن زمینه الگـوی پراش اشعه ایکس در محدوده 27 درجه نیز بـه همـین دلیـل است. همچنین با توجه بـه شـکل (1) پیـک مربـوط بـه فـاز

Ti3SiC2 در الگوهای پراش اشعه ایکس مشاهده نمـیشـود.

 

تشکیل TiC بهجای Ti3SiC2 بدان معنی اسـت کـه TiC از لحاظ ترمودینامیکی و سینتیکی شرایط مطلوبتری دارد یعنی انرژی آزاد گیبس تشکیل TiC نسبت به Ti3SiC2 منفـیتـر است .[22]

 

نتایج تحقیقات ذاکری و همکارانش [23] که اثر مـواد اولیـه Ti، Si، C و TiO را بر روی سنتز Ti3SiC2 مـورد بررسـی قرار دادند نیز نشان دهنده این است که سنتز Ti3SiC2 تنها با آسیاکاری مکانیکی غیر قابـل اجـرا اسـت؛ بنـابراین ایـن محققان نیز پودرهای آسیاکاری شده را در دماهای مختلـف عملیات حرارتی نمودند.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -1 الگوهای پراش پرتو ایکس پس از فرآیند

 

آسیاکاری:

 

الف) 30 ساعت، ب) 40 ساعت و ج) 50 ساعت.

 

شـکل (2) تـصاویر میکروسـکوپ الکترونـی از نمونـههـای آسیاکاری شده در مدت زمانهـای 30، 40 و 50 سـاعت را نشان میدهد. در شکل 2)، الف) میتوان مشاهده نمود کـه ذرات، شکل و اندازه بسیار ناهموار و نامنظمی دارند که ایـن تفاوتها در مرحله اولیه آسیاکاری 30) سـاعت آسـیاکاری)،

 

به دلیل عدم تشابه مواد اولیه است که بـا یکـدیگر مخلـوط شده بودند. داکتیلیته پودرهای فلزی باعث ایجاد تغییر شکل پلاستیک شدید و آگلومره شدن حین آسیاکاری شده اسـت.

 

با افزایش زمان آسیاکاری تا 40 ساعت، نقـش جـوش سـرد کاهش یافتـه اسـت. در مقابـل، اثـر کارسـختی و شکـست افـزایش یافتـه اسـت. در شـکل 2)، ب) ایـن تحـول قابـل

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

25

 

 

بررسی تأثیر زمان آسیاکاری و دما بر سنتز نانوساختار ...

 

 

 

 

مشاهده است که ذرات جوش سرد یافته در مرحلـه پیـشین شکسته شده و ذرات کوچکتر و آگلومرهها تشکیل شدهانـد؛ به عبارت دیگر، تعادلی بین جوش سرد و کارسـختی برقـرار شده است 1] و .[2 این تعادل منجر به تشکیل ذرات بـسیار مشابه با توزیع اندازه بسیار باریک و شکل کروی شده است.

تأثیر دیگر این فرایند کاهش در متوسـط انـدازه ذرات بـوده است. با توجه به شکل 2)، ج) مشاهده میشود که با افزایش


 

 

 

زمان آسـیاکاری بـه مـدت 50 سـاعت، توزیـع انـدازه ذرات پودری در تمام مناطق بهصورت همگن و یکسان شده است.

بهطور میانگین برای مدت زمانهـای 30، 40 و 50 سـاعت، اندازه ذرات به ترتیب برابر بـا 900nm، 650nm و 500nm

 

است. این ذرات ریز مساحتهای بزرگتری از مرز دانههـا و همچنین مسیر نفوذ کوتاهتری دارند کـه بـهمنظـور سـرعت بخشیدن در فرایند سینتر مفید است.

 

 

الف  ب

 

ج

شکل -2 تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونههای آسیاکاری شده در مدت زمانهای مختلف:

الف) 30 ساعت، ب) 40 ساعت و ج) 50 ساعت.

62       دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

 

-2-3 تأثیر تغییر زمان آسیاکاری (بعـد از

 

فرآیند عملیات حرارتی تکمیلی) بر میزان سنتز Ti3SiC2

 

منحنــی هــای الــف، ب و ج در شــکل (3) بــه ترتیــب الگوهای پراش پرتو ایکس نمونههـای عملیـات حرارتـی شده در دمای 1100 °C به مـدت زمـان یـک سـاعت در اتمــسفر آرگــون از پودرهــای آســیاکاری شــده در مــدت زمـان هـای 30، 40 و 50 سـاعت را نـشان مـی دهنـد. از مشاهده شکل 3)، الف و ب) میتوان دریافت کـه در هـر

 

 

 

 

 

سه نمونه پیـک اصـلی مربـوط بـه مـادهی TiC بـوده و پیکهای مربوط بـه مکـس فـاز Ti3SiC2 و TiSi2 نیـز مشاهده میشود. همـانطـور کـه مـشاهده مـیشـود بـا افزایش زمان آسیاکاری از 30 ساعت به 40 ساعت، شدت پیک مربـوط بـه فـاز Ti3SiC2 (مخـصوصاً زاویـه (39/5

 

افزایش پیدا کرده و از شدت پیکهـای TiC (مخـصوصاً زاویه (41/8 کاسته شده است. از این موضـوع مـیتـوان نتیجه گرفـت کـه بـا افـزایش زمـان آسـیاکاری، درصـد تشکیل فاز Ti3SiC2 افزایش یافته است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -3 الگوهای XRD برای نمونههای عملیات حرارتی شده در دمای 1100 °C به مدت یک ساعت از نمونههای پودری

آسیاکاری شده در مدت زمانهای الف) 30 ساعت، ب) 40 ساعت و ج) 50 ساعت.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

27

 

 

بررسی تأثیر زمان آسیاکاری و دما بر سنتز نانوساختار ...

 

 

 

جدول -2 زوایای پراش به همراه اندیس صفحات کریستالوگرافی متناظر با آن برای فازهای موجود در نمونه

 

 

اندیسهای صفحه کریستالوگرافی

θ2 (0)

اندیسهای صفحه کریستالوگرافی

θ2 (0)

 

 

 

 

 

 

(200)

41/808

(002)

10

 

(008)

42/534

(101)

34/096

 

(022)

43/2

(111)

36/09

 

(109)

58/397

(103)

37/090

 

(220)

60/609

(311)

39/101

 

(311)

72/554

(104)

39/549

 

(118)

75/378

(105)

40/822

 

 

 

 

 

 

 

 

به نظر میرسد افزایش میزان Ti3SiC2 با بالا رفـتن زمـان آسیاکاری از 30 ساعت به 40 ساعت، در نتیجـهی تـشکیل بیشتر فاز TiC و مایع یوتکتیک با توجه به واکنشهـای (1)

 

و (2) پس از عملیات حرارتی در دمای 1100 °C مـیباشـد.

 

برای بسط بیشتر این مطلب میتوان گفت، همانطور که در قسمت قبلی نیز به آن اشاره شـد، بـه دلیـل اثـرات کمکـی آلیاژسازی مکانیکی با افزایش زمان آسیاکاری، سطح پودرها بیشتر فعال گردیده و همچنین انـدازه ذرات تقریبـاً بـهطـور یکنواخت کاهش یافتند و بـه یـک مقـدار معینـی رسـیدند.

 

همچنین در اثر عملیات حرارتی در دمای 1100 °C، در ابتدا فاز TiC به دلیل میل ترکیبی زیاد عناصـر Ti و C و انجـام واکنش (1) تشکیل شده است. با توجه به اینکه این واکنش، یک واکنش گرمازا است، گرمای آزاد شـده از آن منجـر بـه ذوب موضعی شده و در نتیجه مایع یوتکتیک طبق واکـنش

 

(2) تشکیل میشود. در ادامه در اثر انجـام واکـنش (3) نیـز مقداری از فاز اصلی Ti3SiC2 تشکیل شده است. حضور فاز

TiSi2 به دلیل وجود سیلیسیم اضافی میباشـد کـه در ایـن


 

حالت مقداری از مایع یوتکتیک باقیمانده بهجای واکـنش بـا

 

TiC در ترکیب نهایی رسوب کرده است .[24]

 

همانطور که مشاهده میشود با افزایش زمان آسـیاکاری از

 

30 ساعت به 40 ساعت، درصـد تـشکیل ترکیـب Ti3SiC2

 

افزایش یافته است ولی با توجه به شکل 3)، ج) بـا افـزایش بیشتر زمان آسیاکاری بـه 50 سـاعت از شـدت پیـکهـای

 

Ti3SiC2 کم شده است و فازهای ناخالـصی دیگـری ماننـد

 

FeO وارد سیــستم شــده اســت کــه احتمــالاً در مرحلــه آلیاژسازی مکانیکی پیش از فرآیند عملیات حرارتی به دلیـل اینکه جنس محفظه و گلوله آسـیای سایـشی از نـوع فـولاد مقاوم به سایش بوده است مقدار ناچیزی آهن پس از مـدت زمـان طـولانی آسـیاکاری وارد سیـستم شـده و در مرحلـه عملیات حرارتی با اکسیژن (که ناشی از عـدم خلـوص 100

 

درصدی مواد خام اولیه است) واکنش داده است. بـه همـین دلیل پیک مربوط به فـاز ناخالـصی FeO در نمـودار XRD

 

مربوط به نمونه عملیات حرارتـی شـده از پـودر 50 سـاعت آسیاکاری شده در شکل 3)، ج) قابل مشاهده است.

 

82        دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

علت تشکیل اکسید آهن بهجای اکسید تیتـانیوم یـا اکـسید سیلیسیم در الگوی XRD شکل 3)، ج) میتواند به دو دلیل باشـد. دلیـل اول ایـن اسـت کـه بـر اسـاس ترمودینامیـک واکنشهای (6)، (7) و (8) کـه در ادامـه آورده شـده اسـت؛ مشاهده میشود که قدر مطلق مقدار G واکـنش تـشکیل اکسید تیتانیوم نسبت به اکـسید سیلیـسیم بیـشتر و اکـسید سیلیسیم نسبت به اکسید آهن بیشتر اسـت امـا احتمـالاً بـه علت مصرف تیتـانیوم و سیلیـسیم (انحـراف کـم سیلیـسیم نهایی نسبت به حالت اولیه) در واکنش (بر اساس محاسـبات درصد وزنی محصولات نسبت به مواد اولیه مصرفی) و عـدم شرکت آهن در هیچ واکنشی، آهن وارد شده بـه سیـستم از طریق سایش گلوله و محفظه آسیا، با اکسیژن وارد شده بـه سیستم (بنا به دلایل ذکر شـده در بـالا) واکـنش داده و بـه همین جهت در محصولات نهایی، اکسید آهـن نیـز حاصـل شده است. علت دوم ایـن اسـت کـه ممکـن اسـت اکـسید سیلیسیم تشکیل شده باشد امـا بـه جهـت اینکـه مقـدارش خیلی کم بوده یا آمورف شـده کـه در الگـوی XRD قابـل مشاهده نیست.

 

(6

G = - 679.251 Kj

Ti + O2 → TiO2

(7

G = - 338.571 Kj

2Fe + O2 → FeO

(8

G = - 649.125 Kj

Si + O2 → SiO2

 

در مقایسه با کار ساتو13 و همکـارانش [21] بـه دلیـل آنکـه مخلوطهای پودری عنصری بـهصـورت دسـتی و همچنـین بهصورت تر توسـط دسـتگاه آسـیای گلولـهای آمـادهسـازی شدند، پس از عملیات حرارتی فـاز Ti3SiC2 بـا مکانیـسمی

 

 

13 Sato


 

 

 

 

 

متفاوت بالاتر از دمای 1603 کلوین تشکیل شـده اسـت. در این پژوهش و با توجه به نتایج به دست آمـده از شـکل (3)

 

بیشترین درصد مکس فاز Ti3SiC2 و کمترین درصـد TiC

 

مربوط به نمونه عملیات حرارتـی شـده از پـودر 40 سـاعت آسیاکاری شده میباشـد. در شـکل (4) بـا اسـتفاده از روش ریتولد میزان فازهای موجود در نمونه برحـسب تغییـر مـدت زمان آسـیاکاری نـشان داده شـده اسـت. همچنـین مقـادیر فازهای حاصل در جدول (3) آورده شده است. در جدول (4)

 

درصد فازهای Ti3SiC2 و TiC نمونههـای سـری الـف بـا فرض کامپوزیت دو فازی Ti3SiC2 - TiC ذکر شده اسـت.

آنالیز فازی مطابق با روشی که در انتهـای بخـش 2 توسـط ژانگ ذکر شد محاسبه شده اسـت. همـانطـور کـه در ایـن جدول مشاهده میشود با فرض کامپوزیت دو فـازی - TiC

Ti3SiC2 بیشترین خلوص Ti3SiC2 برای نمونههای سـری الف 42 درصد وزنی میباشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -4 درصد فازهای موجود در نمونههای عملیات حرارتی شده در دمای 1100 °C به مدت یک ساعت

 

برحسب تغییرات زمان آسیاکاری بر اساس روش ریتولد.

 

 

 

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

29

 

 

 

 

 

 

 

جدول -3 نتایج آنالیز فازی نمونهها بر اساس روش ریتولد

 

درصد فاز موجود در

دمای

زمان

سری

 

نمونه (wt.%)

 

عملیات

آسیاکاری

 

 

آزمایش

 

 

 

 

 

 

 

حرارتی (°C)

(ساعت)

 

Ti3SiC2

TiSi 2  TiC

 

 

22

 

55

 

 

23

 

 

30

 

 

 

35

 

50

 

 

15

1100

 

40

 

الف

 

20

 

53

 

 

17

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

جدول -4 نتایج آنالیز فازی با فرض کامپوزیت دو فازی بر اساس روش ژانگ

 

میزان فازهای موجود

دمای

زمان

سری

 

در نمونه (wt.%)

عملیات

آسیاکاری

 

آزمایش

 

 

 

 

حرارتی (°C)  (ساعت)

 

Ti3SiC2

TiC

 

 

30

70

 

 

 

30

 

 

 

42

58

 

1100

 

40

 

الف

 

25

75

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-3-3 بررسی تأثیر دمای عملیات حرارتی بر میزان تشکیل فاز Ti3SiC2

 

شکل (5) تصویر الگوهای XRD نمونههای عملیات حرارتی شده در محدوده دمایی 1100 -1300 °C به مدت زمـان 1

 

ساعت را نشان میدهـد. نتـایج حاصـل از الگوهـای XRD

 

شـکل 5)، الـف) نـشان مـیدهـد کـه در دمـای 1100 °C

 

همانطور که در بخش قبلی بهمنظـور بهینـه کـردن زمـان آسیاکاری مشاهده شـد، بـر اسـاس واکـنشهـای (1) و (2)

 

فازهای TiC و TiSi2 در ترکیب وجود دارد. همچنین پیـک مربوط به مکس فاز Ti3SiC2 نشان میدهد که واکنش (3)

 

در دمای 1100 °C رخ داده و مکس فـاز Ti3SiC2 در ایـن دما تشکیل شده ولی فاز غالب در این دما TiC است. وجـود بـارز ناخالـصی TiC نـشان دهنـده ایـن اسـت کـه دمـای

03      دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395


بررسی تأثیر زمان آسیاکاری و دما بر سنتز نانوساختار ...

 

 

 

1100°C جهت تولید مکس فـاز Ti3SiC2 بـا خلـوص بـالا

 

کافی نمیباشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -5 الگوهای XRD برای نمونههای عملیات حرارتی

 

شده در دماهای

 

الف) 1100°C، ب) 1200°C و ج) .1300°C

 

همانطور که در شکل 5)، الف و ب) مشاهده میشود شدت پیک اصـلی Ti3SiC2 (زاویـه (39/5 و درصـد تـشکیل فـاز

 

Ti3SiC2 با بالا رفتن دما تـا 1200 °C افـزایش یافتـه و بـا توجه به جدول (5) که نتایج آنالیز فازی نمونههـا بـا فـرض کامپوزیت دو فازی بر اساس روش ژانگ را نشان میدهد به

 

75 درصد رسیده است. همچنین از درصد فازهای ناخالـصی کاسته شده است. شکل 5)، ب) تصویر الگوی پـراش بـرای نمونه حرارت داده شده در دمای 1200 °C را نشان میدهد؛ همانطـور کـه مـشخص اسـت در ایـن حالـت مقـدار فـاز

 

Ti3SiC2 نسبت به دمای 1100 °C بیشتر است و میتـوان گفت هنگامیکه دما به 1200 °C میرسد بـه دلیـل اینکـه

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

ذرات بیشتری بـا هـم واکـنش داده و فـاز مـایع یوتکتیـک بیشتری ایجاد شده است واکنش (3) بهصـورت کامـلتـری انجام شده و در نتیجه فاز Ti3SiC2 بیـشتری حاصـل شـده است. از این موضوع میتوان نتیجه گرفـت کـه بـا افـزایش دمای حرارتدهی از 1100 °C به 1200 °C، درصد تشکیل فـاز Ti3SiC2 افـزایش یافتـه اسـت. شـکل 5)، ج) تـصویر الگوی پراش برای نمونه عملیـات حرارتـی شـده در دمـای

 

1300°C را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود در این دما میزان تشکیل فاز Ti3SiC2 با توجه به جدول (5) به مقدار 64 درصد کاهش یافته و بر شدت فازهای ناخالصی از قبیل TiC و TiSi2 افزوده شده است.

 

جدول -5 نتایج آنالیز فازی با فرض کامپوزیت دو فازی

 

نمونهها بر اساس روش ژانگ

 

میزان فازهای موجود

دمای عملیات

زمان

سری

 

در نمونه (wt.%)

آسیاکاری

 

حرارتی (°C)

آزمایش

 

Ti3SiC2

TiC

 

 

(ساعت)

 

 

42

58

1100

 

 

 

 

75

25

1200

 

40

ب

 

64

36

1300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

بهطور کلی نتایج حاصل از الگوهای XRD شکل (5) نشان دهنده این است که TiC اصـلیتـرین ناخالـصی موجـود در همه نمونهها است. همانطور که در ابتدای این بخش گفتـه شد، ترکیب Ti3SiC2 از واکنش بین مایع یوتکتیـک و TiC

 

حاصل میشود. اجتناب از تشکیل ناخالصیها بـهویـژه TiC

 

بنابر دلایلی مانند کم بودن دمای سنتز، از دست رفتن مـایع یوتکتیک (بهویژه سیلیسیم)، خالص نبودن مـواد اولیـه و یـا حضور ناخالصیهـا بـهویـژه کـربن ناشـی از شـرایط کـاری

 

(المنت کوره، بوته گرافیتی و ...) بـسیار سـخت اسـت. ایـن


 

 

 

 

 

موضوع نهتنها در این مقاله که از بوته گرافیتی اسـتفاده شـد بلکه در اکثـر مقـالات گـزارش شـده اسـت .[24] محققـان واکنش گرماگیر (9) را که عموماً در چنین شرایط کاری و یا در دماها و مدت زمانهای بالا رخ میدهد پیشنهاد کردهانـد

 

(واکنش .[25] (9

 

9)             3TiC + Si (g)  Ti3SiC2 + C

 

بنــابراین TiC از طریــق واکــنشهــای (1) و (9) تــشکیل میشود. به نظر میرسد TiC تشکیل شده در دماهای کمتر از 1200 °C ناشی از انجام واکنش (1) و در دماهای بـالاتر در نتیجه انجام واکنش (9) حاصل شده اسـت. راکولـت14 و

 

همکارانش [25] نیـز گـزارش کـردهانـد کـه حـرارتدهـی پودرهای Ti3SiC2 در بوتههای گرافیتی در 1300 °C منجر به تجزیه Ti3SiC2 با تشکیل TiCx و Si گازی شده است.

 

ساتو و همکارانش [21] پودرهـای عنـصری Ti، Si و C بـا اندازه ذرات میکرون را به روش دستی مخلـوط نمـوده و در دماهای 1100-1300 °C و به مدت زمـان 1 سـاعت قـرار دادند. این پژوهشگران گـزارش نمـودهانـد کـه تحـت ایـن شرایط، فاز Ti3SiC2 تشکیل نشده است؛ اما در این پژوهش فاز Ti3SiC2 در دمای 1100 °C قابل مشاهده است و ایـن نتیجه تأیید میکند که استفاده از پودرهایی با ساختار ریزدانه منجر به کاهش دمای سـنتز مـیشـود. دلیـل اصـلی بـرای تشکیل Ti3SiC2 در دمای نسبتاً کم با استفاده از پودرهـای آلیاژسازی مکانیکی شده میتواند به این واقعیت نسبت داده شود که در فرایند آلیاژسازی مکانیکی با کوچک شدن اندازه ذرات پودر، سطح آزاد ذرات افزایش یافته و در نتیجه امکـان

 

 

 

14 Racault

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

31

 

 

 

 

 

 

 

تماس و بر هم کـنش میـان ذرات بیـشتر مـیشـود کـه در نهایت به تسهیل و تسریع واکنشهـای منجـر بـه تـشکیل مکس فاز Ti3SiC2 کمک شایانی خواهد کرد. عامـل مهـم دیگر را میتوان به کوچک شدن اندازه کریستالیتها نـسبت داد که باعث تسریع فرایند نفوذ مـیشـود. همچنـین ایجـاد کرنش و افزایش ناپایداری شبکه به نوبه خود مـیتوانـد بـر کاهش دمای سنتز اثرگذار باشد .[17]

 

با توجه به نتایج به دست آمـده بیـشترین درصـد مکـس فـاز

 

Ti3SiC2 و کمترین درصد TiC مربوط به نمونه حـرارت داده شده در دمای 1200 °C میباشد. درصـد فازهـای موجـود در نمونهها برحسب دماهای عملیات حرارتی مختلف با استفاده از روش ریتولد در شکل (6) و جدول (6) آورده شده است.

 

شــکل (7) تــصاویر میکروســکوپ الکترونــی روبــشی از نمونههـای عملیـات حرارتـی شـده در دماهـای 1100 °C،

1200°C و 1300 °C را نـشان مـیدهـد. همـانطـور کـه مشاهده میشود وجود مورفولوژی لایهای شکل در تـصاویر نشاندهنده حضور مکس فاز Ti3SiC2 است که به صـورت نانو لایه است. یک نوع مورفولـوژی دیگـر نیـز در تـصاویر مشاهده مـیشـود کـه بـر اسـاس منـابع مطالعـاتی [26] و

 

همچنین آنالیز XRD گرفته شـده از ایـن نمونـههـا نـشان


بررسی تأثیر زمان آسیاکاری و دما بر سنتز نانوساختار ...

 

 

 

دهنده این است که این نوع مورفولوژی مربوط به فـاز TiC

 

است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -6 درصد فازهای موجود در نمونههای عملیات حرارتی شده برحسب تغییرات دمای عملیات حرارتی بر اساس روش ریتولد.

 

جدول -6 نتایج آنالیز فازی نمونهها بر اساس روش ریتولد

 

میزان فازهای موجود

دمای

زمان

سری

 

در نمونه (wt.%)

عملیات

آسیاکاری

 

آزمایش

 

 

 

 

 

 

 

حرارتی (°C)

(ساعت)

 

Ti3SiC2

TiC

TiSi2

 

 

35

 

50

 

15

 

1100

 

 

 

 

 

60

 

33

 

7

 

1200

 

40

 

ب

 

50

 

40

 

10

 

1300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23      دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

الف  ب

ج

 

شکل -7 تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از نمونههای عملیات حرارتی شده در دماهای

 

الف) 1100 °C، ب) 1200 °C و ج) .1300 °C

 

 

آنالیز EDS گرفته شده از شکل 7)، ج) نیز ادعای ذکر شـده را اثبات میکند (شکل .(8 از طرف دیگر مـشاهده مـیشـود که با افزایش دمای عملیات حرارتـی، انـدازه ذرات افـزایش یافته است. بهطور میانگین برای دماهـای عملیـات حرارتـی

 

1100 °C، 1200 °C و 1300 °C، انـــدازه ذرات TiC بـــه ترتیب برابر با 280، 470 و 800 نانومتر اسـت. شـکل (8) و


 

جدول (7) آنالیز عنصری نقطه A مـشخص شـده در شـکل

 

7)، ج) را نشان مـیدهنـد. لازم بـه ذکـر اسـت در تـصاویر مربوط به آنالیز EDS، پیک عنصر کربن به علت نزدیکی به صفر، در تـصاویر مـشاهده نمـیشـود امـا در جـداول آنـالیز مقداری درصد وزنی آن ذکر شده است.

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 33   1395

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -8 آنالیز EDS نقطه A مشخص شده در

شکل 7)،ج).

 

جدول -7 آنالیز مقداری نمونه A مشخص شده در شکل

7)، ج)

 

نقطه A

 

 

عنصر

شکل

 

 

 

 

 

 

 

درصد وزنی

درصد مولی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

73/3884

 

 

50

 

Ti

 

 

14/3434

 

 

16/67

 

Si

8

 

12/2682

 

 

33/33

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

با توجـه بـه آنـالیز EDS در نقطـه A و حـضور تیتـانیوم و سیلیسیم، مشخص است که مکـس فـاز Ti3SiC2 تـشکیل شده اسـت. شـکل (9) و جـدول (8) آنـالیز EDS نقطـه B

 

مشخص شده در شکل 7)، ج) را نشان میدهند که با توجـه به آنها میتوان فاز ذره مشخص شده را TiC دانست.

 

شکل (10) و جدول (9) آنالیز EDS نقطه C مشخص شـده در شکل 7)، ج) را نشان میدهنـد کـه بـا توجـه بـه آنهـا میتوان ذره مشخص شده در شکل را بهصـورت ترکیبـی از فازهای TiC و TiSi2 دانست.


بررسی تأثیر زمان آسیاکاری و دما بر سنتز نانوساختار ...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -9 آنالیز طیفسنجی پراش انرژی پرتو ایکس نقطه

B مشخص شده در شکل 7)، ج).

 

جدول -8 آنالیز مقداری نمونه B مشخص شده در شکل

7)، ج)

 

نقطه B

 

عنصر

شکل

 

 

 

 

 

 

درصد وزنی

درصد مولی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

79/9519

 

 

50

Ti

 

 

-

 

 

-

Si

9

 

20/0481

 

 

50

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -10 آنالیز طیفسنجی پراش انرژی پرتو ایکس

نقطه C مشخص شده در شکل 7)، ج).

 

 

 

 

 

43     دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

جدول -9 آنالیز مقداری نمونه C مشخص شده در شکل

 

7)، ج)

 

 

 

 

نقطه C

 

 

عنصر

شکل

 

 

 

 

 

درصد وزنی

درصد مولی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48/9053

35/1852

 

Ti

 

 

49/8038

61/1111

 

Si

10

 

1/2909

3/7037

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-4 نتیجهگیری

 

در این پـژوهش سـنتز مکـس فـاز Ti3SiC2 بـا اسـتفاده از پودرهـــای عنـــصری Ti، Si و C بـــه روش آلیاژســـازی مکانیکی-عملیات حرارتی با موفقیت انجام شد. بـیشتـرین مقدار Ti3SiC2 سنتز شده برابر با 75 درصد وزنی مـیباشـد که مربوط به نمونه 40 ساعت آسـیاکاری بـوده و در دمـای

 

1200 °C عملیات حرارتـی شـده اسـت. بـا افـزایش زمـان آسیاکاری از 30 ساعت به 40 ساعت، مقـدار فـاز Ti3SiC2

 

تـشکیل شـده در دمـای عملیـات حرارتـی 1100 °C از 22

 

درصد به 30 درصد افزایش یافته و با افـزایش بیـشتر زمـان آسیاکاری ایـن مقـدار بـه 20 درصـد کـاهش یافتـه اسـت.

 

همچنین با افزایش دمـا از 1100 °C بـه 1200 °C، میـزان تولید فاز Ti3SiC2 در محصولات پودری از 40 درصد به 75

 

درصد افزایش یافته و با افزایش بیشتر دما تـا 1300 °C بـه جهت تجزیه فاز Ti3SiC2، مقدار فاز Ti3SiC2 سـنتز شـده به 60 درصد کاهش یافته است.

 

مراجع

 

[1] P. Eklund , M. Beckers , U. Jansson, H. Högberg , and L. Hultman, "The M n+ 1

 

AX n phases: materials science and thin-


 

 

 

 

 

 

film processing," Thin Solid Films, vol.

 

 

 

 

518, pp. 1851-1878, 2010.

 

M. Barsoum, "Physical properties of the

[2]

of

Encyclopedia

phases,"

MAX

 

Materials: Science and Technology, p. 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2006.

 

M. W. Barsoum, D. Brodkin, and T. El-

[3]

machinable  ceramics

Raghy,  "Layered

 

applications,"

temperature

 

high

for

 

Scripta Materialia, vol. 36, pp. 535-541,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1997.

 

M. Radovic and M. W. Barsoum, "MAX

[4]

phases: bridging the gap between metals

 

Ceramics

American

ceramics,"

and

 

pp.  20-27,

92,

vol.

Society  Bulletin,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2013.

 

M. W. Barsoum and M. Radovic, " Elastic

[5]

and mechanical properties of the MAX

 

phases,"  Annual  review  of  materials

 

 

research, vol. 41, pp. 195-227, 2011.

 

S.  Basu,  N.  Obando,  A.  Gowdy,  I.

[6]

Karaman, and M. Radovic, "Long-Term

 

Oxidation of Ti2AlC in Air and Water

 

Vapor  at  1000–1300°  C  Temperature

 

Range," Journal of the Electrochemical

 

 

Society, vol. 159, pp. C90-C96, 2011.

 

J. Lis, L. Chlubny , M. Łopaciń ski, L.

[7]

Stobierski , and M. M. Bućko , "Ceramic

 

and

 

nanolaminates—Processing

 

application ,"  Journal  of  the  European

 

Ceramic Society, vol. 28, pp. 1009-1014,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2008.

 

T. Goto and T. Hirai, "Chemically vapor

[8]

deposited Ti3SiC2," Materials Research

 

Bulletin, vol. 22, pp. 1195-1201, 1987.

 

M. J. Abu, J. J. Mohamed, and Z. A.

[9]

Ahmad, "Effect of Excess Silicon on the

 

Formation of Ti 3 SiC 2 Using Free

 

Ti/Si/C  Powders  Synthesized  via  Arc

 

2012,

vol.

Ceramics,

ISRN

Melting,"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2012.

 

Watanabe,

R.

Sato,  and

F.

Li,

J.-F.

[10]

"Synthesis of Ti3SiC2 polycrystals by

 

hot-isostatic pressing of the elemental

 

powders ," Journal of materials science

 

 

letters , vol. 18, pp . 1595-1597 , 1999.

 

Z. Jiaoqun and M. Bingchu, "Effect of

[11]

aluminum on synthesis of Ti3SiC2 by

 

 

 

 

 

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3

پاییز 1395

35

 

 

... راتخاسونان زتنس رب امد و یراکایسآ نامز ریثأت یسررب

 

 

 

 

"Rapid synthesis of ternary carbide Ti3SiC2 through pulse-discharge sintering technique from Ti/Si/TiC powders," Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 33, pp. 3321-3328, 2002.

 

[21]      F. Sato, J.-F. Li, and R. Watanabe, "Reaction synthesis of Ti 3 SiC 2 from mixture of elemental powders," Materials Transactions, JIM, vol. 41, pp. 605-608, 2000.

 

[22]      O. Kubaschewski, C. Alcock, and P. Spencer, "Mater thermochemistry," ed: Oxford Pergamon Press, 1993.

[23]      M. Zakeri, M. Rahimipour, and A. Khanmohammadian, "Effect of the starting materials on the reaction synthesis of Ti 3 SiC 2," Ceramics International, vol. 35, pp. 1553-1557, 2009.

[24]      S. B. Li and H. X. Zhai, "Synthesis and reaction mechanism of Ti3SiC2 by mechanical alloying of elemental Ti, Si, and C powders," Journal of the American Ceramic Society, vol. 88, pp. 2092-2098, 2005.

 

[25]      C. Racault, F. Langlais, and R. Naslain, "Solid-state synthesis and characterization of the ternary phase Ti3SiC2," Journal of materials Science, vol. 29, pp. 3384-3392, 1994.

[26]      Z. Sun, "Progress in research and development on MAX phases: a family of layered ternary compounds," International Materials Reviews, vol. 56, pp. 143-166, 2011.


 

 

 

spark plasma sintering (SPS) from elemental powders," Journal of Materials Synthesis and Processing, vol. 10, pp. 353-358, 2002.

 

[12]       H. Abderrazak and M. Abdellaoui, "Synthesis and characterization of nanostructured silicon carbide," Materials Letters, vol. 62, pp. 3839-3841, 2008.

 

[13]      J. S. Benjamin, "Dispersion strengthened superalloys by mechanical alloying," Metallurgical transactions, vol. 1, pp. 2943-2951, 1970.

[14]      J. Xue, D. Wan, S. E. Lee, and J. Wang, "Mechanochemical synthesis of lead zirconate titanate from mixed oxides," Journal of the American Ceramic Society, vol. 82, pp. 1687-1692, 1999.

 

[15]      A. Teber, F. Schoenstein, F. Têtard, M. Abdellaoui, and N. Jouini, "Effect of SPS process sintering on the microstructure and mechanical properties of nanocrystalline TiC for tools application," International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, vol. 30, pp. 64-70, 2012.

 

[16]      H. Abderrazak, F. Schoenstein, M. Abdellaoui, and N. Jouini, "Spark plasma sintering consolidation of nanostructured TiC prepared by mechanical alloying," International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, vol. 29, pp. 170-176, 2011.

 

[17]      J. F. Li, T. Matsuki, and R. Watanabe, "Mechanical-Alloying-Assisted Synthesis of Ti3SiC2 Powder," Journal of the American Ceramic Society, vol. 85, pp. 1004-1006, 2002.

 

[18]      S.-B. Li, H.-X. Zhai, Y. Zhou, and Z.-L. Zhang, "Synthesis of Ti 3 SiC 2 powders by mechanically activated sintering of elemental powders of Ti, Si and C," Materials Science and Engineering: A, vol. 407, pp. 315-321, 2005.

[19]      H. Rietveld, "A profile refinement method for nuclear and magnetic structures," Journal of applied Crystallography, vol. 2, pp. 65-71, 1969.

[20]      Z. Zhang, Z. Sun, and H. Hashimoto,

 

1395 زییاپ 3 یهرامش 5 یهرود         36

 

 

فصلنامهی علمی پژوهشی

 

 

 

دورهی شمارهی پاییز 1395

 

 

 

 

 

بررسی سنتز، ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت آلومینا / زیرکونیا-

 

کبالت

 

فاطمه مهرپورلایقی، رحیم نقیزاده*، علیرضا خاوندی، حمیدرضا رضایی

 

دانشکدهی مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه علم و صنعت ایران

 

 

 

 

اطلاعات مقاله:

 

دریافت: 23 شهریور 1395

 

پذیرش: 3 اسفند 1395

 

کلید واژه:

 

کامپوزیـــــت Al2O3/ZrO2-Co،

 

زینتر بدون فـشار، احیـای اسـپینل،

ریزساختار، استحکام خمشی

 

* rnaghizadeh@iust.ac. ir

 

چکیده:

 

این تحقیق با هدف بررسی سنتز، خواص مکـانیکی و ریزسـاختاری کامپوزیـت آلومینـا- زیرکونیـا- کبالـت صورت گرفته است. ترکیبهای حاوی 5، 10، 20 درصد حجمی از مجموع تقویـت کننـدههـای زیرکونیـا و کبالت مورد بررسی قرار گرفتند. برای تهیه پودر کامپوزیتی از آلومینا، زیرکونیای پایدار شده جزئی و سولفات کبالت و پودر آلومینیوم استفاده شد و با کلـسیناسیون در دمـای 1100ºC بـه مـدت 3 سـاعت فـاز اسـپینل آلومینات کبالت حاصل گردید. سپس جهت احیای کبالت از اسپینل، پودر کلـسینه شـده در بـستر کـربن در کوره الکتریکی با دمای 950ºC به مدت 3 ساعت قرار گرفت. نتیجـه آزمـون پـراش اشـعه ایکـس حـضور فازهای Al2O3، Co،t-ZrO2 و مقدار کمی m-ZrO2 را تأیید میکند. در مرحله بعد جهت تعیین و بررسـی خواص کامپوزیت Al2O3/ZrO2-Co، پودرهای کامپوزیتی با فشار 50 MPa پرس تک محوره و سپس بـا فشار 400 MPa پرس ایزواستاتیک سرد شدند و سپس زینتر آنها در بستر کربن به روش بدون فـشار و در دماهای 1550 ºC، 1600 ºC و 1650 ºC به مدت 5 ساعت صورت گرفت. به منظور ایجاد امکان مقایـسه خواص، نمونه آلومینای خالص نیز با شرایط مذکور تهیه شد. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار چگالی نسبی برای نمونه کامپوزیتی حاوی% 5 حجمی زیرکونیا و %5 حجمی کبالت برابر 83/9% در دمای پخت 1650ºC به دست آمد. استحکام خمـشی و سـختی ایـن نمونـه بـه ترتیـب برابـر 322 MPa و 11/95 MPa.m1/2

 

میباشد که نسبت به آلومینای پخته شده در همان دما برای استحکام خمشی به میزان 20/15% افـزایش و سختی به میزان 15/96% کاهش یافته بود. کاهش سختی به دلیـل سـختی پـایین فـاز فلـزی مـیباشـد و افزایش استحکام به دلیل جلوگیری زیرکونیا و کبالت از رشد افراطی دانههای آلومینا رخ داده است.

 

 

 

 

 

-1 مقدمه

 

آلومینــا یکــی از پرکــاربردترین مــواد ســاختاری در خــانواده

 

سرامیکهای مهندسی اسـت. سـختی بـالا، مقاومـت در برابـر


 

 

سایش، مقاومت حرارتی و مقاومت شـیمیایی، ایـن مـاده را بـه مادهای ایدهآل تبدیل کرده است که در بسیاری از محـیطهـای خورنده از صنایع معدنی و پالایشگاههای نفتـی، کارخانـههـای ساخت و تولید فلزات تا مهندسی شیمی وبایومتریال کاربرد دارد

 

 

 

 

 

37

 

بررسی سنتز، ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت آلومینا / زیرکونیا-کبالت

 

 

 

 

.[1] از کاربردهــای آلومینــا مــیتــوان بــه ابزارهــای بــرش، کاشتنیهـای دندانپزشـکی، عـایقهـای حرارتـی، عـایقهـای الکتریکی و پوششهای ضد سایش و خوردگی اشاره کـرد.[2]

 

با وجود تمامی این کاربردها، چقرمگی شکست پایین آلومینـا از کاربردهای آن به عنوان یک ماده ساختاری کاسته است. بـرای بهبود و افزایش چقرمگی شکست این سرامیک از افزودن ذرات ثانویه مختلف از فلزات، ترکیبات بین فلزی تا خود سـرامیکهـا استفاده میشود.[3]

 

ذرات زیرکونیا به عنـوان یـک عامـل چقرمـه کننـده بـرای سرامیکها مورد استفاده قـرار مـیگیرنـد و سـرامیکهـای چقرمه شده با زیرکونیا 1(ZTCS) بـسیار مـورد توجـه قـرار گرفتهاند کـه از مهمتـرین آنهـا آلومینـای تقویـت شـده بـا زیرکونیا 2(ZTA) میباشـد کـه بـه زمینـه آلومینـایی ذرات زیرکونیایی فاز تتراگونال یا مونوکلینیک افزوده میشـود.[4]

 

در ZTA ها این موضوع ثابت شده است که افزودن فاز دوم باعث بهبود خواص مکانیکی اصلی مثل استحکام خمـشی و چقرمگی شکست میگردد. لذا چنین پیشرفتهایی این ماده را کاندید مناسبی جهت کاربردهـای مهندسـی کـه نیـاز بـه سختی بالا، مقاومت بـه سـایش بـالا و چقرمگـی شکـست متوسط دارند، کرده است.[5] از طرف دیگر، فلزات بـه طـور ذاتی از قابلیت تغییر فرم پلاستیک بـالایی برخوردارنـد و در مناطق باز شدن ترک دچار تغییرفـرم پلاسـتیک مـیشـوند.

 

درنتیجه باعث افزایش چقرمگی شکست میگردنـد هرچنـد ممکن است ویژگی دیگر این کامپوزیتها مانند سـختی بـه علت نرمتر بودن ماهیت فلزات نسبت به آلومینا، در مقایـسه با آلومینای یکپارچه کاهش یابـد. بـه هـر حـال لازم اسـت

 

1 Zirconia Toughened Ceramics 2 Zirconia Toughened Alumina


 

 

 

شـرایط بهینـهای از خـواص متفـاوت بـا توجـه بـه کـاربرد کامپوزیت مورد نظر در نظر گرفته شـود.[6] مطالعـات اخیـر نشان میدهند حضور همزمان ذرات زیرکونیا و فلز میتوانـد باعث بهبود خواص مکانیکی کامپوزیتهای زمینه آلومینایی میگردد. در این راستا، مطالعاتی پیرامـون کامپوزیـتهـایی همچــــــون [7] Al2O3/ZrO2-Mo، Al2O3/ZrO2-Ag

 

8]و[9، 10] Al2O3/ZrO2 -Niو[11 صورت گرفته اسـت. از جمله خواصی که در این مطالعات مورد بررسی قرار گرفتهاند میتوان استحکام، چقرمگی شکست، سختی و مقاومـت بـه اکسیداسیون را نام برد. در مطالعات فوق، افزایش اسـتحکام و چقرمگی کامپوزیت تقویت شده با ذرات زیرکونیا و فلـز در مقایسه با آلومینای تک فاز مشاهده شده است. سـختی ایـن کامپوزیتها با توجه به پـایینتـر بـودن سـختی زیرکونیـا و فلزات نسبت بـه آلومینـا، کـاهش یافتـه اسـت و همچنـین مقاومت به اکسیداسیون ذاتی آلومینـا در اثـر افـزوده شـدن ذرات فلزی و زیرکونیا کاهش مییابد.

 

تنظیم درصد بهینه زیرکونیا و کبالت، نحـوه توزیـع کبالـت، نحوه ایجاد کبالت از روش احیای اسپینل مربوطـه از نکـات اساسی بـرای رسـیدن بـه ریزسـاختار مطلـوب و در نتیجـه افزایش خواص مکانیکی همچـون اسـتحکام و چقرمگـی و جلوگیری از کاهش شدید سختی میباشـد. از طـرف دیگـر بیشتر مطاللعات انجام شـده بـر روی پـرس گـرم یـا زینتـر پلاسمای حرارتی کامپوزیتهای فـوق متمرکـز مـیباشـد و اطلاعات مناسبی برای زینتـر بـدون فـشار ایـن کامپوزیـت وجود ندارد. هدف از این تحقیق تنظیم بهینـه ریزسـاختار از طریق روش مناسب احیا و انتخاب درصد بهینـه زیرکونیـا و کبالت و زینتر بدون فشار آنها میباشد.

 

83       دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

 

-2 فعالیتهای تجربی

 

-1-2 ســــنتز پــــودر کــــامپوزیتی Al2O3/ZrO2-Co

 

به منظور بررسی سنتز و خواص کامپوزیـت Al2O3/ZrO2-Co، درصدهای مختلفـی از تقویـت کننـدههـای مـذکور در نمونههای مورد آزمایش در نظر گرفته شد. مقادیر مواد اولیه مــورد نیــاز بــا توجــه بــه درصــدهای حجمــی مطلــوب و دانسیتههای مواد مورد استفاده محاسبه گردیـد. مـواد اولیـه مورد استفاده آلومینـای راکتیـو (انـدازه دانـه 2μm، خلـوص

 

99/8%، شرکت alteo، کـشور فرانـسه)، زیرکونیـای پایـدار شده جزئی با ایتریا (اندازه دانه 5μm، خلوص 97/5%، کشور ژاپن)، سولفات کبالت جهت تأمین کبالـت (خلـوص 99/5%،

 

کشور چین) میباشند. جهت محاسبات لازم، دانسیته آلومینـا

 

3/98gr/cm3، زیرکونیا 5/68gr/cm3 و کبالت 8/9gr/cm3

 

درنظر گرفته شد. در جدول 1 مقادیر مواد اولیـه مـصرفی در


 

 

 

بچ 100 گرمی باتوجه به درصد حجمی مطلـوب ارائـه شـده است. لازم به ذکر است کـه در مرحلـهی احیـای کبالـت از سـاختار اسـپینل، بـه منظـور تـسهیل فراینـد احیـا از پـودر آلومینیوم استفاده شد که در محاسبات لازم، مقادیر وزنی آن نیز گزارش شده است.

 

جهت کد گذاری نمونهها به ترتیب از حروف C، Z، A بـه ترتیب به عنوان نشان دهنـده حـضور آلومینـا، زیرکونیـا و کبالت در ترکیب کامپوزیت مورد نظر استفاده شـده اسـت.

 

بــرای مثــال کــد ACZ5 نماینــده کامپوزیــت حــاوی

 

90 vol.% Al2 O3 /5 vol.%ZrO2 -5 vol.% Co کـــه عدد انتهایی مقدار درصد حجمی هر یک از تقویت کنندهها را نــشان مــی دهــد. در ضــمن جهــت ایجــاد تمــایز بــین نمونههای با ترکیب مشابه زینتر شده در دماهای متفـاوت، در قسمت انتهایی کد مربوط به هر نمونه، دمای زینتـر آن نوشته شده است.

 

 

 

 

 

جدول -1 مقادیر مواد اولیه مصرفی در بچ 100 گرمی ترکیبهای کامپوزیتی مورد مطالعه

 

 

 

 

کد ترکیب

درصد حجمی

درصد وزنی

مقدار آلومینا

مقدار زیرکونیا مقدار سولفات مقدار کمک احیای

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(g)

(g)

کبالت (

g

)

g

 

 

 

Co

Al2O3  ZrO2

Co

Al2O3  ZrO2

 

 

 

 

 

 

 

آلومینیوم ( )

 

 

 

A

0

0

100

0

0

100

100

---

---

 

 

---

 

 

 

ACZ2.5

2/5

2/5

95

5/37

3/42

91/21

87/07

3/42

25/63

 

2/19

 

 

 

ACZ5

5

5

90

10/32

6/59

83/09

75/14

6/59

49/24

 

4/2

 

 

 

ACZ10

10

10

80

19/17

12/24

68/59

58/83

12/23

91/47

 

7/81

 

 

 

 

 

 

 

 

بعد از توزین مواد اولیه(به جز پودر (Al با توجه به محاسبات

مغناطیسی قرار داده شدند تا در نهایت به مخلوطی همـوژن

 

 

 

صورت گرفته، مخلوطسازی تر پودرها در اتانول با استفاده از

از پودرهای اولیه دست یافته شـد کـه بعـد از عبـور از الـک

 

 

 

جارمیل پلاستیکی و گلولههای آلومینایی به مدت 4 سـاعت

مناسب جهت مرحلـه کلـسیناسیون آمـاده گردیـد. در ادامـه

 

 

 

صورت گرفت. سپس جهت مخلوط سازی بیشتر و همچنین

ترکیبات آماده شده در کوره الکتریکی آذر و اتمـسفر هـوا در

 

 

 

تبخیر اتانول موجود، نمونهها به مدت 4 ساعت روی همـزن

دمای 1100ºC به مدت 3 سـاعت بـه منظـور تـشکیل فـاز

 

 

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

39

 

 

بررسی سنتز، ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت آلومینا / زیرکونیا-کبالت

 

 

 

اسپینل قرار داده شدند و در نهایت بـا انجـام آزمـون پـراش

اعمالی 50MPa قرصهایی با ضـخامت حـدود 5 mm آمـاده

 

اشعه ایکس از کلیه نمونهها تشکیل این فـاز اثبـات گردیـد.

گردید. سپس قرصهای حاصل تحت پرس ایزواستاتیک سـرد

 

برای تهیه پودر کامپوزیتی، پودر کلسینه شده حاوی آلومینـا،

1(CIP) با فشار 400 MPa قرار گرفتند.

 

اسپینل آلومینات کبالت و زیرکونیا با کمک احیای آلومینیـوم

عملیات حرارتی زینتر بدون فشار، همانند مرحله احیا در بـستر

 

مخلوط شد و سپس تحت احیای بستر کربنـی قـرار گرفـت.

کربن صورت گرفت. به این منظور قرصهای آمـاده شـده از

 

شیوه انجام کار بدین صورت بود که پودر کلسینه شده حاوی

کلیه ترکیبات در بوته آلومینایی با حجم 100 ml درون بـستر

 

Al درون بوتـه آلومینیـایی بـا حجـم 20 ml ریختـه شـد و

کک دفن شده و در کوره الکتریکی قـرار داده شـدند. جهـت

 

دربوته با استفاده از کائولن کـاملاً بـسته شـد. سـپس بوتـه

بررسی تأثیر دما روی زینترینگ نمونهها، تمامی قـرصهـا در

 

کوچک در بوته بزرگتر با حجم 100 ml حاوی کـربن اکتیـو

سـه دمـای 1550ºC، 1600ºC، 1650ºC بـا نـرخ گرمـایش

 

قـرار داده در بـستر کـربن دفـن شـد و در انتهـا لایـهای از

5ºC/min بــه مــدت 5 ســاعت زینتــر شــدند. در ادامــه بــا

 

آلومینای کلسینه شده روی بستر کربن ریخته و درب بوته یا

اندازهگیری چگالی قرصهـا بـا اسـتفاده از روش ارشـمیدس،

 

ساگار مورد استفاده با استفاده از کائولن بسته و به اینـصورت

نمونههای با بالاترین چگالی از هر ترکیب جهـت مـشاهدات

 

ایزوله گردید. نمونههای قرار داده شده در بـستر کـک درون

فازی و میکروسـاختاری و همچنـین انـدازهگیـری و بررسـی

 

کوره الکتریکی با دمای 950ºC و نرخ گرمـایش 5ºC/min

خواص دیگر همچون اسـتحکام خمـشی و میکروسـختی در

 

به مدت 6 ساعت قرار داده شدند. پس از انجام عملیات احیا،

نظر گرفته شدند. مشاهدات فازی با استفاده از دستگاه پـراش

 

جهت حـصول اطمینـان از احیـای کامـل پودرهـا، از کلیـه

اشعه ایکـس مـدل JDX.8030 سـاخت شـرکت JEOL بـا

 

نمونهها آزمون پراش اشعه ایکس گرفته شد.

لامـپ Cukα، بررسـیهـای میکروسـاختاری بـا اسـتفاده از

 

-2-2 ساخت بدنه کامپوزیتی

دســـتگاه میکروســـکوپ الکترونـــی روبـــشی TESCAN

 

به منظور آماده سازی نمونهها جهت زینتر بدون فـشار، از پـودر

VEGA\\ و استحکام خمشی با استفاده از دستگاه اسـتحکام

 

خمشی سه نقطهای سـاخت شـرکت صـنتام و میکروسـختی

 

کــامپوزیتی Al2O3/ZrO2-Co تهیــه شــده از مرحلــه احیــا

 

ویکرز نمونهها بـا اسـتفاده از دسـتگاه میکروسـختی سـنجی

 

قرصهایی تهیه شد. بدین صورت که به پودر کامپوزیتی تهیـه

 

bareiss–Germany تحت بار 10Kg بررسی شد.

 

شده، %5 محلول چسب (95%H2O,5%PVA) PVA افزوده

 

 

 

و به خوبی مخلوط شدند. سپس مخلوط آماده شده به مدت 24

-3 نتایج و بحث

 

ساعت درون کیسه نایلونی نگهداری شـد تـا فراینـد پیرسـازی

-1-3 بررسی فازی نمونهها

 

(aging) به خوبی صورت گیرد. در نهایت برای تهیه هر قرص

 

به منظور دستیابی به ریزساختاری همـوژن و یکنواخـت لازم

 

15 گرم از مخلوط آماده شده درون قالب فلزی با قطر 35 mm

 

 

 

ریختـه شـد و بااسـتفاده از دسـتگاه پـرس یکطرفـه بـا فـشار

Cold Isostatic Press

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

 

 

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

است کبالت از فاز پایداری همچون اسپینل احیا گردد. در ایـن

یافتن دمای بهینه برای تشکیل این فاز، نمونههایی با ترکیـب

راستا پیدا کردن بهترین دما برای تشکیل فاز اسپینل آلومینات

90vol.% Al2O3/5vol.%Co-5vol.%ZrO2 بعد از انجام

کبالت از اولویتهای این پژوهش بود. اسپینل آلومینات کبالت

عملیات هموژن سازی، در کوره الکتریکی با دماهای 700ºC،

با استفاده از روشهای سنتی شامل بال میـل کـردن مـواد و

800ºC، 900ºC، 1000ºC، 1100ºC، 1200ºC بـه مـدت 3

واکنش حالت جامد مخلوطهای متفاوت از ترکیبات کبالـت و

ساعت قرار داده شدند و سپس بـرای کلیـه نمونـههـا آزمـون

آلومینیوم در دماهای حدود 1100ºC به دست مـیآیـد .[12]

پراش اشعه ایکس صورت گرفت که نتـایج آنهـا در شـکل 1

جهت در نظر گرفتن شرایط کوره و سایر پـارامترهـای مـؤثر،

ارائه شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -1 مقایسه الگوهای پراش اشعه ایکس مربوط به ترکیب 90vol. % Al2O3/5vol.%ZrO2-5vol. %Co

پس از حرارت دادن در دماهای متفاوت به مدت 3 ساعت در اتمسفر معمولی

 

طبق نتایج آنـالیز XRD صـورت گرفتـه، در دمـای 700ºC     در واقع در شـرایطی کـه سـولفات کبالـت تجزیـه حرارتـی

 

پیکهای مربـوط بـه سـولفات کبالـت (CoSO4) مـشاهده   میشود، محصول جامد واکنش میتواند CoO و یا Co3O4

 

میشود که با افزایش دما تا دمای 800ºC فاز مذکور از بـین   باشد. اکسید اول در شرایط دماهای بالاتر و فـشار اکـسیژن

 

رفته و اکسید کبالت (Co3O4) حاصل میگردد. در ادامـه در   کمتـر و اکـسید دوم در شـرایط دماهـای پـایینتـر و فـشار

 

دماهای بـالاتر از 900ºC اکـسید کبالـت مـشاهده نـشده و   اکسیژن بیشتر به وجود میآید. واکنشهای صورت گرفته به

 

حضور اسپینل آلومینات کبالت (CoAl2O4) تأیید میگردد.        صورت زیر خواهند بود:[13]

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

41

 

 

بررسی سنتز، ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت آلومینا / زیرکونیا-کبالت

 

 

 

 

(1

CoSO4(s) → CoO(s)+SO3(s)

(2

SO3(g) → SO2(g)+1 /2O2(g)

(3

3CoO(s)+1/2 O2(g) → Co3O4(s)

(4

3CoSO4(s) → Co3O4(s)+3SO2(g)+O2(g)

 

در نهایت Co3O4 محصول نهایی تجزیه CoSO4 است که در اثر اکسیداسیون سریع CoO به Co3O4 در اتمـسفر هـوا بوجود میآیـد.[14] در واقـع در شـرایط بـه وقـوع پیوسـتن واکنش 1، واکنشهای 2 و 3 هم در ادامه رخ خواهند داد.

 

باتوجه به پایدار بودن اکـسید CoO در دماهـای بـالاتر، بـا افزایش دما تا حدود 900ºC، Co3O4 به CoO تبدیل شـده و شرایط ایجاد اسپینل آلومینات کبالت مهیـا مـیگـردد و در نهایت طبق واکنش (5) فاز اسپینل تشکیل میشود.[15]

 

4)                CoO(s)+Al2O3 (s) → CoAl2O4(s)

 

با توجه به اینکه در شدت پیکهای اسپینل آلومینـات کبالـت

 

 

 

در دماهـای 1100ºC و 1200ºC افـزایش چنـدانی مـشاهده نمیگردد، دمای 1100ºC به عنوان دمای بهینه برای تشکیل این فاز انتخاب گردید. در نتیجه کلیه نمونههای مورد آزمایش تحت عملیات کلسیناسیون در دمای 1100ºC در اتمسفر هـوا به مدت 3 ساعت قرار گرفتنـد و سـپس بـه منظـور بررسـی فازهای تشکیل شـده، آزمـون پـراش اشـعه ایکـس صـورت گرفت. در شکل 2 نتایج این آزمون ارائه شده است. بـا توجـه به شکل 2 در کلیه نمونهها پس از کلسیناسیون فاز کوراندوم، اسپینل آلومینات کبالت، زیرکونیای تتراگونـال و مقـدار کمـی زیرکونیای مونوکلینیک وجود دارند و هیچگونه پیکی مربـوط به اکسیدهای کبالت مشاهده نمیگردد. به عـلاوه همانگونـه که انتظار میرود با افزایش درصد تقویت کنندههای کبالـت و زیرکونیا در ترکیب شیمیایی نمونهها، شدت نسبی پیـکهـای مربــوط بــه فــاز اســپینل کبالــت و زیرکونیــای تتراگونــال و مونوکلینیک افزایش یافته است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -2 الگوهای آزمون پراش اشعه ایکس برای نمونههای کلسینه شده در دمای 1100ºC به مدت 3 ساعت در

 

اتمسفر معمولی

24      دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

 

با توجه به اینکه پس از تشکیل فاز اسپینل، عملیات احیـای

منظور حصول اطمینـان از وجـود کبالـت فلـزی در ترکیـب

کبالــت در دمــای 950ºC در بــستر کــربن و ســپس زینتــر

نمونهها الزامی میباشد. در شکل 3 نتایج آزمون پراش اشعه

نمونهها در دماهای متفاوت و مجدداً در بستر کربن صـورت

ایکس برای قرصهای زینتر شده نهایی در دمـای 1650ºC

گرفت، انجام آزمون پراش اشـعه ایکـس در هـر مرحلـه بـه

ارائه شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -3 الگوهای آزمون پراش اشعه ایکس برای نمونههای زینتر شده در دمای 1650ºC در بستر کربن به مدت

 

5 ساعت

 

با توجـه الگـوی XRD ارائـه شـده، وجـود کبالـت فلـزی،

آزمون پراش اشعه ایکس باشد، فـراهم نبـوده اسـت. نکتـه

کورانــدوم، زیرکونیــای تتراگونــال و مونوکلینیــک مــشاهده

حائز اهمیت دیگر افزایش شدت نسبی پیکهای مربـوط بـه

میگردد که نشاندهنده احیای موفق کبالـت بـا اسـتفاده از

زیرکونیــای مونوکلینیــک نــسبت بــه مرحلــه کلــسیناسیون

بستر کربن میباشد. افزایش شدت نسبی پیـک مربـوط بـه

میباشد. لازم به یادآوری است که زیرکونیای مورد اسـتفاده

کبالت فلزی در نمونه ACZ10 نسبت به دو نمونه دیگر بـه

در این تحقیق، زیرکونیای پایدار شده جزئی 1(PSZ) بود که

علت بیشتر بـودن مقـدار تقویـت کننـده کبالـت در ترکیـب

درواقع حاوی مقدار زیـادی زیرکونیـای تتراگونـال و انـدکی

شیمیایی این نمونه قابل مشاهده است. ضمنًا عدم شناسـایی

مونوکلینیک میباشد. در این نوع زیرکونیا وجود مقـادیری از

اکسیدهای کبالت نشان میدهد در مرحله زینتـر نیـز مقـدار

اکسیدپایدارکننده (Y2O3) میتواند باعث عـدم بـروز یـا بـه

اکسیژن موجود در اتمسفر بستر کربن بـسیار نـاچیز بـوده و

تعویق انداختن استحاله تتراگونال به مونوکلینیک گردد. ولی

امکان اکسیدشدن کبالت در حـدی کـه قابـل شناسـایی بـا

 

 

 

 

 

1 Partially Stabilized Zirconia

 

 

 

 

 

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

43

 

 

 

ACZ5-P1650

بررسی سنتز، ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت آلومینا / زیرکونیا-کبالت

 

 

 

 

 

برای اطمینان حاصـل کـردن از پایـداری فـاز تتراگونـال در دمای اتاق، سایز ذرات زیرکونیا باید از یـک مقـدار بحرانـی کوچکتر باشد16]و .[17 با توجـه بـه اینکـه در زینتـر بـدون فشار، رشد دانه تقریباً امـری اجتنـاب ناپـذیر اسـت، امکـان درشت تر شـدن برخـی از ذرات زیرکونیـا از انـدازه بحرانـی پایدار ماندن فاز تتراگونال وجود دارد. بنابراین شـرایط وقـوع استحاله تتراگونال به مونوکلینیـک بـه وجـود آمـده و دلیـل بیشتر شدن شدت پیکهای فاز مونوکلینیک توجیه میگردد.

 

-2-3 مشاهدات ریزساختاری

 

جهــت مطالعــات ریزســاختاری نمونــههــا از میکروســکوپ الکترونی روبشی 1(SEM) و طیف سـنجی تفکیـک انـرژی

2(EDS) استفاده شد. در شکل 4 تصویر SEM تهیه شده از

 

نمونه                      نشان شده است. با توجـه بـه اعـداد

 

اتمــی عناصــر Al، Co و Zr انتظــار مــیرود کــه منــاطق خاکستری رنگ مربوط به آلومینا و مناطق روشن مربوط بـه کبالت و زیرکونیا باشند، لذا جهت ایجاد تمایز بین این دو، از برخی از این مناطق طیف سنجی تفکیک انـرژی تهیـه شـد که در ادامه ارائه میشود.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -4 تصویر میکروسکوپ االکترونی تهیه شده از

تهیه شده از ترکیب

90vol.%Al2O3/5vol.%ZrO2-5vol.%Co

زینتر شده در دمای 1650ºC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Scanning Electron Microscopy 2 Energy Dispersive Spectroscopy

44        دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -5 طیف سنجی تفکیک انرژی مربوط به نقطه شماره 1 مشخص شده در تصویر 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -6 طیف سنجی تفکیک انرژی مربوط به نقطه شماره 2 مشخص شده در تصویر 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل -7 طیف سنجی تفکیک انرژی مربوط به نقطه شماره 3 مشخص شده در تصویر 4

 

طبق نتایج آزمون EDS منطقه شماره 1 مربوط به زیرکونیـا

در شکل 8 تصاویر SEM از ترکیبهـای مـورد آزمـایش از

و مناطق شماره 2 و3 مربوط به کبالت میباشـند. همانگونـه

کامپوزیت Al2O3/ZrO2-Co با بزرگنمـایی یکـسان جهـت

که در تصویر مشخص است ذرات کبالت مورفولـوژی نـسبتاً

مقایسه میکروساختارها ارائه شـده اسـت. همانگونـه کـه در

کروی شکل دارند که نشان دهنده قابلیت ترشوندگی ضعیف

تصاویر مشخص است، در مقادیر پـایین تقویـت کننـدههـا،

این ذرات در زمینه آلومینایی میباشد.[18]

توزیــع یکنــواختی از ذرات کبالــت و زیرکونیــا در زمینــه

 

دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 45    1395

 

 

بررسی سنتز، ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت آلومینا / زیرکونیا-کبالت

 

 

 

 

آلومینایی مشاهده میگردد که ذرات زیرکونیایی با توجه بـه تایید وقوع استحاله تتراگونال بـه مونوکلینیـک طبـق آنـالیز

 

XRD ارائه شده در شکل شماره 3، عمدتاً از نوع زیرکونیای مونوکلینیک میباشند. با افزایش مقدار تقویت کننـده هـای افزوده شده مشاهده می گردد که رشد و بـه هـم آمیختگـی ذرات کبالت رخ میدهد که به دلیل احتمال بیـشتر بـه هـم

 

 

 

پیوستن ذرات کبالت به هم تحت فشار ذرات دیگر و یا ذوب موضعی آنها میباشد18]و.[19 که ایـن موضـوع بـا مقایـسه تصاویر ارائه شده به وضوح مشخص میباشـد. ایـن تجمـع ذرات کبالت که در مقادیر بالاتر کبالت رخ مـیدهـد، بـرای زینتر شدن کامپوزیت مضر میباشد که چنـین موضـوعی در مورد کامپوزیت Al2O3/Ni نیز گزارش شده است.[20]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

الف                                           ب                                            ج

 

شکل -8 تصاویر میکروسکوپ از نمونههای (الف): ACZ2.5-1650 (ب): ACZ5-1650 (ج): ACZ10-1650

همچنــین از آنجاییکــه ضــریب انبــساط حرارتــی کبالــت   -3-3 بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی

بیــشتر از ضــریب انبــساط حرارتــی آلومینــا مــیباشــد

-1-3-3 چگالی

(Coα=13/36×10-6ºC -1) و (Al2O3α= 8/4×10-6ºC -1)

در جدول 2 چگالی نسبی کلیه نمونههـای کـامپوزیتی ارائـه

[21]، در حــین ســرد شــدن از دمــای زینتــر، ذرات کبالــت

شده است. همانگونه که مشخص اسـت بـا افـزایش دمـای

انقباض بیشتری نسبت به ذرات آلومینای زمینـه دارنـد و در

زینتر، چگالی نسبی نمونهها افزایش مـییابـد و نمونـههـای

نتیجه در فصل مشترک آلومینا و نیکل تخلخلهـایی ایجـاد

زینتر شده در دمای 1650ºC از بـالاترین چگـالی برخـوردار

میشود.[20] البته احتمال وجود لایه واسط بـسیار نـازکی از

مــیباشــند. از بــین نمونــههــای کــامپوزیتی ترکیــب

اسپینل آلومینات کبالت یا اکسیدهای کبالت مابین آلومینـا و

90vol.%Al2O3/5vol.%ZrO2-5vol.%Co به بالاترین

کبالت فلزی نیز وجود دارد که برای آشکار شدن آن نیاز بـه

مقدار چگالی رسید که به عنوان ترکیب بهینه از نظر چگـالی

میکروسکوپهای عبوری میباشد.

 

معرفی میشود. ولی از آنجاییکه ترشوندگی آلومینا با کبالت مــذاب کــم اســت (زاویــه ترشــوندگی 128/20° در دمــای

64      دورهی 5  شمارهی 3  پاییز 1395

 

 

علم و مهندسی سرامیک

 

 

 

(1615ºC، کبالت مذاب، فاز مایع مناسبی به عنـوان کمـک زینتر محسوب نمیشود.[22] ولی به هـر حـال بـا افـزایش دمای زینتر نسبت به نقطه ذوب کبالـت، بـه دلیـل سـیالیت بیشتر کبالت مذاب در مرزدانهها، انتظار زینتر شدن بهتـر در دمای 1650ºC میرود که مطابق با نتـایج بـه دسـت آمـده است.

 

جدول -2 چگالی نسبی و تخلخل نمونههای زینتر شده در

 

دماهای متفاوت

 

 

تخلخل باز(%)

چگالی نسبی (%TD)

کد نمونه

 

 

 

 

 

27/6

70/6

ACZ2.5-1550

 

18/9

75/7

ACZ2.5-1600

 

18/2

80/1

ACZ2.5-1650

 

20/9

72/9

ACZ5-1550

 

15/2

76/8

ACZ5-1600

 

13/1

83/9

ACZ5-1650

 

24/0

68/8

ACZ10-1550

 

23/0

69/4

ACZ10-1600

 

22/1

71/4

ACZ10-1650

 

18/1

81/4

A-1550

 

10/7

87/4

A-1600

 

6/6

90/5

A-1650

 

 

-2-3-3 استحکام خمشی

 

با توجه به اینکه چگالی نسبی نمونههای زینتر شده در دمای

 

1650ºCنسبت به بقیه بالاتر بودنـد، تنهـا از ایـن نمونـههـا آزمون استحکام خمشی سه نقطهای گرفته شد. نتایج حاصل از این آزمون در جدول 3 ارائه شده است. طبق ایـن نتـایج، بین نمونههای کامپوزیتی مورد آزمایش، استحکام نمونـه بـا ترکیـــب 90vol.%Al2O3/5vol.%ZrO2 -5vol.%Co

(کد (ACZ5-1650 از استحکام نمونـه آلومینـای یکپارچـه

 

تهیه شده با روش مشابه بیشتر میباشـد. همانگونـه کـه در


 

 

 

 

 

تحقیقات پیشین نیز ذکر شـده اسـت[11] ، حـضور تقویـت کنندههای افزوده شده در مرزدانههای آلومینای زمینه مانع از رشد دانه آلومینا و بهبود ریزساختار میگـردد. طبـق تحقیـق چن و همکارانش [11] استحکام Al2O3 در اثر اضافه شدن ذرات ZrO2 و Ni و یا هر دو آنها افزایش مییابـد. در ایـن مقالــه چگــالی نــسبی و اســتحکام نمونــه بــا ترکیــب 90vol.%Al2O3/5vol.%ZrO2-5vol.%Ni بــه ترتیــب

 

99/7 و 475 MPa گــزارش شــدهانــد کــه ایــن افــزایش استحکام به بهبود ریزسـاختار در اثـر افـزوده شـدن تقویـت کنندهها نسبت داده میشود. پایین تر بودم مقادیر اسـتحکام بهدست آمده از نمونههای مورد تحقیق مـا را مـی تـوان بـه علت پایین تر بودن چگالی نسبی این نمونـههـا نـسبت بـه نمونههای مرجع شماره [11] توجیه نمود.

 

جدول -3 چگالی نسبی، استحکام خمشی و سختی

 

نمونههای زینتر شده در دمای 1650ºC

 

 

سختی

استحکام

چگالی نسبی

کد نمونه

 

 

(MPa)  (MPa.m1/2)

(%TD)

 

 

 

 

 

10/28

230 ±17

80/1