فهرست مطالب

مجله مواد و فناوری های پیشرفته
سال چهارم شماره 1 (بهار 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/04/26
  • تعداد عناوین: 8
|
  • عزیز شفیعی، سید فرشید کاشانی بزرگ * صفحات 1-11

    در تحقیق حاضر با بکارگیری فرآیند همزن اصطکاکی بر زیر لایه تیتانیوم خالص تجاری، نانوکامپوزیت های تیتانیوم-آلومیناایجاد گردید. به این منظور پودرهای آلومینا با اندازه های 20 و 80 نانومتر به صورت مجزا در داخل شکاف تعبیه شده بر سطح ورق های زیرلایه قرار گرفت و ابزار چرخان از میان آنها عبور داده شد. با تغییر ابعاد شکاف، کامپوزیت هایی با مقادیر مختلف کسر حجمی نانوذرات آلومینا در محدوده 8/1 تا 7/5 درصد تشکیل گردید. بررسی های ریزساختاری به کمک میکروسکوپ های نوری و الکترونی عبوری مشخص کرد که مهمترین عامل تعیین کننده اندازه دانه های زمینه، فاصله نانوذرات تقویت کننده از یکدیگر و یا به عبارتی اندازه، کسر حجمی و نحوه توزیع آنها است. همچنین نتایج حاصل از آزمون های کشش و سختی سنجی به همراه بررسی مشخصه های ریزساختاری مشخص نمود که علاوه بر حضور ذرات سخت در زمینه، کاهش اندازه دانه زمینه و برهمکنش ذرات با ناپیوستگی های میکروسکوپی و ذاتی ریزساختار از قبیل مرز دانه ها و نابجایی ها موجب بهبود چشمگیر خواص مکانیکی شده است.

    کلیدواژگان: فرایند همزن اصطکاکی، تیتانیوم، آلومینا، نانو کامپوزیت، ریزساختار، خواص مکانیکی
  • فاطمه دبیر، رسول صراف ماموری، نسترن ریاحی نوری، وحید احمدی صفحات 13-19
    در این مطالعه، فاز نیترید تیتانیم (TiN) به روش شیمیایی بر روی سطح و داخل ساختار متخلخل گرافن سه بعدی (3DG) رسوب داده شد. این روش شامل غوطه ور کردن 3DG داخل یک محلول حاوی یون های تیتانیم و سپس عملیات حرارتی آن در اتمسفر آمونیا می باشد. در این مقاله اثر دمای عملیات حرارتی بر نوع فازهای تشکیل شده، مورفولوژی و استوکیومتری آنها بررسی شده است. بدین منظور نمونه ها در سه دمای مختلف 750، 800 و 850 درجه سانتیگراد عملیات حرارتی و سپس تحت آنالیزهای XRD، SEM و XPS قرار گرفتند. نتایج نشان داد که افزایش دمای عملیات حرارتی منجر به افزایش ثابت شبکه و اندازه بلورک ها و نیز کاهش میزان اکسیژن داخل ساختار TiN می شود. مناسبترین درصد استوکیومتری برابر با نسبت اتمی تیتانیم به نیتروژن 09/1، در دمای عملیات حرارتی C° 850 به دست آمد.
  • هادی کریمی، علی قاسمی، مرتضی هادی، محسن صادقی محمدی صفحات 21-30

    در این تحقیق کامپوزیت Ti-48Al/Ti2AlC و Ti-48Al(8Nb)/Ti2AlC به روش آلیاژسازی مکانیکی و پرس گرم سنتز شد. ابتدا مخلوط پودری عناصر به مدت 75 ساعت تحت عملیات آلیاژسازی مکانیکی قرار گرفتند و سپس به منظور تولید قطعات بالک، عملیات پرس گرم در دمای °C 1000 به مدت 1 ساعت بر روی پودرها انجام پذیرفت. آزمون اکسیداسیون در دمای °C 1000 در هوا به منظور مقایسه رفتار اکسیداسیون نمونه ها انجام گرفت. نمونه های سنتز شده و اکسیداسیون توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی، طیف سنج انرژی اشعه ایکس و دستگاه پراش سنج پرتو ایکس مورد مطالعه قرار گرفتند. مطابق با نتایج الگوی پراش پرتوی ایکس، فازهای تشکیل شده برای هر دو نمونه تولیدی، گاما - آلومیناید تیتانیم و Ti2AlC شناسایی شد و هیچ فازی بر پایه نیوبیوم تشکیل نشد. نتایج آزمون اکسیداسیون نشان داد که مقاومت به اکسیداسیون نمونه آلیاژی با افزودن نیوبیوم بهبود یافته است. رشد اکسید تیتانیم به دلیل جایگزین شدن اتم های نیوبیوم با اتم های تیتانیم کاهش یافت. همچنین ترکیب شیمیایی پوسته اکسیدی با افزودن نیوبیوم در نمونه تغییر کرد که دلیل آن پایدار شدن لایه نیتریدی می باشد.

  • حسن شریفی، مهدی دیواندری، علیرضا خاوندی صفحات 31-37
    یکی از مهم ترین عوامل در مطالعه کامپوزیت های زمینه فلزی، پدیده ترشدن فلز - سرامیک در فصل مشترک آن ها است. در این پژوهش مکانیزم ترشوندگی آلومینیم براساس ترمودینامیک واکنش های موجود در فصل مشترک مورد بررسی قرار گرفت. اساسا واکنش های بوجود آمده در فصل مشترک فلز - سرامیک منجر به ایجاد محصولی جدید در سطح فاز سرامیکی شده که در اکثر موارد موجب کاهش زاویه ترشوندگی می شود. اثر عنصر آلیاژی منیزیم و دمای فرایند بر ترشوندگی، به صورت تئوری از دیدگاه ترمودینامیکی و فیزیکی بررسی شد. نتایج نشان می دهد که در فرآیند ترشدن از نوع واکنش پذیری، نه تنها شدت واکنش فصل مشترک (، تغییرات انرژی آزاد گیبس واکنش) حاکم می باشد بلکه خواص حاصل از تغییرات انرژی فصل مشترک () نیز موثر است. شدت زاویای ترشوندگی با استفاده از مدل فیزیکی و شیمیایی محاسبه و مشاهده شد که با مقادیر آزمایشگاهی همخوانی خوبی را دارا می باشد.
    کلیدواژگان: مواد کامپوزیتی، ترشوندگی - زاویه ترشوندگی - آلومینیم(منیزیم)، سرامیک
  • مژگان حسین نژاد، سیامک مرادیان، کمال الدین قرنجیگ صفحات 39-45
    دو ماده رنگزای آلی جدید برپایه تیوایندیگو حاوی فنوتیازین به عنوان گروه الکترون دهنده و آکریلیک اسید و سیانوآکریلیک اسید به عنوان گروه الکترون گیرنده توسط فرآیندهای استاندارد از فنوتیازین به عنوان ماده اولیه تهیه شد. مواد رنگزای سنتز شده به روش کروماتوگرافی خالص شده و توسط روش های آنالیز دستگاهی مانند نقطه ذوب، 1HNMR، FTIR و آنالیز عنصری شناسایی گردیدند. خواص اسپکتروسکوپی مواد رنگزای سنتز شده در محلول و در حالت جذب شده بر روی دی اکسید تیتانیوم مورد مطالعه قرار گرفت. طول موج ماکزیمم جذب ماده رنگزای 1 حاوی گروه الکترون گیرنده آکریلیک اسید و ماده رنگزای 2 دارای گروه الکترون گیرنده سیانوآکریلیک اسید به ترتیب در محلول 499 و 505 نانومتر و بر روی لایه دی اکسید تیتانیوم 523 و 527 نانومتر است. مواد رنگزای خالص در ساختار سل خورشیدی نانوساختار اعمال شد و خواص فتوولتاییک آنها نیز مورد بررسی قرار گرفت. بازده تبدیل مواد رنگزای 1 و 2 به ترتیب 34/2% و 07/3% است.
    کلیدواژگان: تیوایندیگو، سلول خورشیدی حساس شده به مواد رنگزا، بازده تبدیل، مواد فوتونیکی
  • حمیدرضا صدلاله، ابوالقاسم نورمحمدی صفحات 47-54

    در پژوهش حاضر، هسته های نرم مغناطیسی نانوبلورین فاینمت با استفاده از فرآیند پرس گرم شکل دهی شد و امکان افزایش ضخامت هسته ها با استفاده از این روش بررسی گردید. همچنین تاثیر فرآیند پرس گرم بر ریزساختار و خواص مغناطیسی پیش ماده آمورف بررسی و با روش متداول عملیات حرارتی مورد مقایسه قرار گرفت. به این منظور، ابتدا آلیاژ فاینمت با استفاده از روش ریسندگی مذاب به صورت نوارهای آمورف تولید و رفتار حرارتی آلیاژ آمورف فاینمت و تبلور فاز نانو بلور به کمک آنالیز گرماسنجی تفاضلی روبشی مطالعه گردید. به این ترتیب، دمای مناسب تبلور فاز آمورف حدود C 550 تعیین و خواص نرم مغناطیسی نمونه ها توسط دستگاه مغناطش سنج گرادیان نیروی متناوب بررسی گردید. به منظور تبلور فاز نانوبلورین از بستر آمورف، عملیات حرارتی (متداول) نوارها در دمای C 550 به مدت 30 دقیقه تحت اتمسفر کنترلی آرگون- هیدروژن (%30 2H و %70 Ar) و فرآیند پرس گرم نیز تحت همان اتمسفر و دما، به مدت 60 دقیقه با اعمال فشار MPa 100 انجام شد. فازهای تشکیل شده توسط آنالیز پراش سنجی پرتو ایکس شناسایی و ریز ساختار آلیاژ به وسیله میکروسکوپ الکترون - روبشی مورد بررسی قرار گرفت. به این طریق مشاهده می شود عملیات حرارتی باعث تشکیل بلورک های نانومتری α-FeSiمحصور در زمینه آمورف می گردد. اندازه متوسط نانوبلورک های α-FeSi بعد از فرآیندهای عملیات حرارتی (متداول) و پرس گرم به کمک نرم افزار MAUD، به ترتیب nm17و nm12 محاسبه شد. نتایج حاصل نشان داد فرآیند پرس گرم سبب کاهش موثر سایز بلورک ها (نسبت به روش متداول عملیات حرارتی) می شود. گرچه روش مذکور باعث افت خواص نرم مغناطیسی نوارهای نازک شده؛ اما خواص حاصل در محدوده نرم مغناطیس بسیار خوب (emu/g130 ~σ، Oe8~Hc) می باشد.

    کلیدواژگان: آلیاژ فاینمت، آلیاژ مغناطیسی نرم، ریسندگی مذاب، پرس گرم
  • کیوان اسدیان صفحات 55-62
    سرامیک های دی الکتریک مایکروویو امروزه به عنوان اجزای غیرقابل جایگزین در دستگاه ها و سیستم های مورد استفاده در فرکانس های مایکروویو برای مثال تلفن های همراه و سیستم های ماهواره ای به کار می روند. در این تحقیق اثر افزایش مقادیر متفاوت BaZrO3، بر روی ریز ساختار و خواص دی الکتریک مایکروویو یک ترکیب با مبنای Ba(Zn1/3Nb2/3)O3(BZN) که با فرمول (0.9-x)Ba([Zn0.6Co0.4]1/3،Nb2/3)O3–0.1Ba(Ga1/2Ta1/2)O3–xBaZrO3 نشان داده می شود و در آن x=0-0.1می باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. دانسیته در اثر افزایش مقدار BaZrO3 تا x=0.08 افزایش و سپس کاهش می یابد. آزمایشهای پراش پرتوX نشان دهنده حضور فاز Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 به همراه میزان بسیار ناچیزی از یک فاز ناشناخته برای سرامیک های با مقادیر x=0،0.02،0.04 می باشد. با این حال مطالعات ریزساختاری توسط میکرسکوپ نوری نشان داد که فاز دوم در ریز ساختار سرامیک های با x=0.06،0.08،0.10 نیز وجود دارد و به دلیل میزان پایین آن توسط آزمایش پراش پرتو X قابل تشخیص نیست. پیک سوپرساختار در طیف پراش پرتو X هیچ کدام از ترکیبات مشاهده نشد. فاکتور کیفیت (Q f) برای نمونه با x=0.08 برابر با GHz4366 بود که بسیار پایین می باشد. برای بقیه نمونه ها نیز فاکتور کیفیت پایین و قابل اندازه گیری نبود. همان طور که اشاره شد بررسی های ریزساختاری و پراش پرتو X نشان داد که فاز دوم در تمامی نمونه ها وجود دارد بنابراین علت اصلی میزان پایین فاکتور کیفیت که برای تمامی نمونه ها مشاهده شده را می توان باحضور فاز دوم در ریز ساختار توجیح کرد.
    کلیدواژگان: الکتروسرامیک، دی الکتریک مایکروویو، پروسکایت، زینتر، ریز ساختار، فاکتور کیفیت
  • سامان صفیان، محمد ذاکری، محمدرضا رحیمیپور صفحات 63-69
    در پژوهش حاضر تفجوشی پودر سلنیدروی با روش SPS با موفقیت انجام شد. اثر متغیرهای دما و فشار این روش بر روی دانسیته بالک قطعه بررسی گردید. برای اندازه گیری دانسیته از روش ارشمیدسی، برای بررسی ریزساختار از میکروسکوپی نوری و میکروسکوپی الکترونی روبشی و برای بررسی فازها از الگوی پرتواشعه X استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که دما و سپس فشار بیشترین اثر را دارند و بالاترین دانسیته نسبی (3/99%) در دمای 1100 درجه سانتی گراد، فشار 70 مگاپاسکال و کمترین دانسیته نسبی (1/99%) در دمای 1000 درجه سانتی گراد و فشار 30 مگاپاسکال (زمان نگه داری در دمای نهایی 25 دقیقه) حاصل شد. همچنین پدیده جهت گیری صفحات کریستالوگرافی توسط الگوی پراش اشعه X مشاهده و توسط میکروسکوپی الکترونی روبشی تایید گردید.
    کلیدواژگان: SPS، جهت گیری، سلنید روی
|
  • Aziz Shafiei-Zarghani, Seyed Farshid Kashani-Bozorg Pages 1-11

    Ti/Al2O3 nano-composites were fabricated using friction stir processing. In order to achieve nano-composites with different volume fraction and size of reinforcements، the rotating tool was travelled on the substrates along the grooves with various widths that were filled with 20 or 80nm sized Al2O3 powders. Nano-composites with Al2O3 volume fraction of 1. 8 to 5. 7% were resulted. Optical and transmission electron microscopy showed that the most effective factor on refining matrix grain size is the inter-reinforcements distance or in other words their volume fraction and dispersion. In addition، microstructural characterization and micro hardness and mechanical testing revealed that in addition to reinforcements، reduction of matrix grain size and interactions related to reinforcements/sub-grain features such as grain boundaries and dislocations are responsible for the enhancement of mechanical properties of the fabricated nano-composites.

    Keywords: Friction stir processing, Ti, Alumina, Nano, composite, Microstructure, Mechanical properties
  • Fatemeh Dabir, Rasol Sarraf-Mamoory, Nastaran Riahi-Noori, Vahid Ahmadi Pages 13-19
    In this study، titanium nitride (TiN) phase was deposited on the surface and into porous structure of three-dimensional graphene (3DG) by chemical method. This method consists of immersing of 3DG into a solution containing Ti ions and annealing under ammonia atmosphere. In this paper، effect of annealing temperature on type of synthesized phases، their morphology، and stoichiometry was investigated. For this purpose، the samples were annealed at three different temperatures of 750، 800، and 850 °C and analyzed by XRD، SEM and XPS. The results showed that increasing of annealing temperature results in increasing of lattice parameter and crystallite size، while decreasing of oxygen content inside TiN structure. Annealing at 850 °C was resulted to the most stoichiometric composition with titanium/ nitrogen atomic ratio of 1. 09.
    Keywords: Three, dimensional Graphene, Titanium Nitride, Chemical Method, structural Properties.
  • Hadi Karimi, Ali Ghasemi, Morteza Hadi, Mohsen Sadeghi Mohammadi Pages 21-30

    In this research، the Ti-48Al/Ti2AlC and Ti-48Al (8Nb) /Ti2AlC composites were synthesized by means of mechanical alloying and hot pressing. Firstly، the mixture of elemental powders were subjected to mechanical alloying for 75 h and then to produce bulk samples، the milled powders were hot pressed for 1 h at 1000. Oxidation tests were carried out in air at 1000? to compare the oxidation behavior of samples. Synthesized and oxidized samples were studied by scanning electron microscopy، energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffractometry (XRD). According to X-ray diffraction patterns، the presence of γ-TiAl and Ti2AlC phases were detected for produced samples and no phases on the base of Nb were formed. The results showed that the oxidation resistance of alloy was improved by niobium addition. The growth of rutile was suppressed by substitution Nb for Ti in TiO2 lattice. Furthermore، scale composition changed with addition of niobium that was related to the stabilization of nitride layer.

    Keywords: Composites materials, Wettability, Contact angle, Al, Mg, Ceramics
  • Hassan Sharifi, Mehdi Divandari, Alireza Khavandi Pages 31-37
    The wettability at the metal – ceramic interfaces is important in many applications، such as metal matrix composites (MMCs). The objective of the present paper is to study wetting phenomenon of aluminium base on reactios at interfacial. The effects of alloy elements such as Mg and the processing temperature on wettability were investigated theorically. The reactive wetting is governed not only by the interfacial reaction intensity،، but also by the physical and chemical properties of the resulting interface،. The calculated wetting contact angles from physical and chemical model are approximately in agreement with experimental values.
    Keywords: Composites materials, Wettability, Contact angle, Al, Mg, Ceramics
  • Mojgan Hosseinnezhad, Siamak Moradian, Kamalodin Gharanjig Pages 39-45
    In this paper we synthesized two new organic days (dye 1 and dye 2) based on thioindigo with phenothiazine as the electron donor group. We used acrylic acid and cyanoacrylic acid as the electron acceptor anchoring group in dye 1 and dye 2 respectively. The proposed dyes were synthesized from phenothiazine as the starting material by standard reactions and characterized by different techniques such as melting point، FTIR، 1HNMR، elemental analysis and UV-Visible spectroscopy after purification. Spectrophotometric measurements of the synthesized dyes in solution and on a TiO2 substrate were carried out in order to assess changes in the status of the dyes. The wavelength of maximum absorption for dye1 and dye 2 in solution are 499 nm and 505 nm and on TiO2 films are 523 nm and 527 nm، respectively. Finally، the proposed dyes used as sensitizer in a dye solar cell structure and their photovoltaic properties investigated. The Conversion efficiency for dye 1 and dye 2 are 2. 34% and 3. 07%، respectively.
    Keywords: Thioindigo, Dye, sensitized solar cell, Conversion efficiency, Photovoltaic materials
  • Hamid Reza Sadlaleh, Abolghasem Nour Mohammadi Pages 47-54

    In the current study، nanocrystalline Finemet soft magnetic cores were processed and their thickness was improved by the hot pressing technique. Besides، the effect of hot pressing on the microstructure and soft magnetic properties of the amorphous precursor was compared with the conventional annealing method. First، amorphous Finemet ribbons were produced through the melt-spinning method. Thermal behavior of the amorphous Finemet ribbons and crystallization of the anocrystalline phase was studied by Differential Scanning Calorimetry. Thus، the proper crystallization temperature of the amorphous phase was specified about 550 ºC. To crystallize the nanocrystallime phase from the amorphous matrix، the produced ribbons were either annealed conventionally at 550 ºC for 30 min or hot pressed at the same temperature for 60 min، under a controlled H2/Ar atmosphere، a 30% H2، 70% Ar mixture. The formed phases were specified by X-ray diffraction، and microstructure of the formed alloy was evaluated by scanning electron microscopy. It was shown that، both methods result in the formation of α-FeSi nanocrystals embedded in an amorphous matrix. The average size of the formed α-FeSi nanocrystals was calculated by using the MAUD software، came out to be 17 and 12 nm، for annealed and hot pressed samples، respectively. Hence، hot pressing results in crystal size reduction، compared with the conventional annealing method. Moreover، this processing method can decrease the soft magnetic properties of the amorphous precursor. However، the produced cores exhibit good soft magnetic properties (Hc~ 8 Oe، σ~ 130 emu/g).

    Keywords: Finemet alloy, Soft magnetic alloy, Melt spin, Hot press
  • Keivan Asadian Pages 55-62
    Microwave dielectric ceramics are irreplaceable components used in devices and systems utilized at microwave frequencies for example mobile and satellite communication systems. In this study the effect of the addition of different amounts of BaZrO3 on the microstructure and microwave dielectric properties of a composition based on Ba (Zn1/3Nb2/3) O3 (BZN) ceramic، i. e. (0. 9-x) Ba ([Zn0. 6Co0. 4] 1/3Nb2/3) O3–0. 1Ba (Ga1/2Ta1/2) O3–xBaZrO3 where x=0-0. 1، has been investigated. Density increased with an increase in BaZrO3 content up to x=0. 08 and then decreased. XRD analysis showed the presence of BZN phase together with a small amount of anunknown second phase for ceramics with x=0، 0. 02 and 0. 04. However، microstructural investigations through optical microscopy showed that ceramics with x=0. 06، 0. 08 and 0. 10 also contained a second phase which could not be detected by X-ray diffraction technique because a small amount of the second phase was present. No super structure peak was observed for ceramics with different BaZrO3 levels. Quality factor for the sample with x=0. 08 was 4366 GHz which was very low. The measurement of quality factor for other samples was not also possible due to their low Q values. As mentioned before? showed that all samples contained a second phase; therefore، the low values of quality factor observed for all samples could be attributed to the presence of the second phase.
    Keywords: Electroceramics, microwave dielectrics, perovskite, sintering, microstructure, quality factor
  • Saman Safian, Mohammad Zakeri, Mohammad Reza Rahimipoor Pages 63-69
    In the present study، zinc selenide powder sintered by SPS method successfully completed. The effects of temperature and pressure parameters of SPS on the bulk density were investigated. To measure the density، Archimedes method، to investigate the microstructure، optical microscopy and SEM and to phase study، XRD were used. The results indicated that temperature and then pressure are the most effective and the maximum density (99. 3%) and minimum density (91. 1%) was obtained at 1100 ° C، 70 MPa and 1000 ° C، 30 MPa respectively (25 min soaking time). Also the phenomenon of plate’s crystallographic orientation was observed by XRD and was confirmed by SEM.
    Keywords: SPS, orientation, ZnSe