فهرست مطالب

علم و مهندسی سرامیک - سال پنجم شماره 3 (پیاپی 18، پاییز 1395)

نشریه علم و مهندسی سرامیک
سال پنجم شماره 3 (پیاپی 18، پاییز 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/09/20
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مهسا مسعود، امیر عباس نوربخش، سیدعلی حسن زاده تبریزی صفحه 1
    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 غیر مستقیم بر روی هدایت الکتریکی مزوپور TiO2 مورد بررسی قرار گرفت. هدف بررسی خاصیت فوتوکاتالیستی مزوپور TiO2 با افزودن نقره و نانو تیوب کربنی است. سنتز مزوپور TiO2 به روش سل ژل با پیش سازه تیتانیم ایزوپروپوکساید و P123 انجام گرفت. سپس سطح نانو تیوب کربن با اسید نیتریک فعال شد و کاتیون نقره با استفاده از نیترات نقره بر سطح نانو تیوب کربن نشست. یون نقره توسط سدیم بور هیدرات به نقره فلزی تبدیل شد و در آخر مزوپور TiO2 با نانو تیوب فعال شده توسط نقره فلزی به صورت مکانیکی مخلوط شد. بررسی آنالیز فازی در ریز ساختار مزوپور TiO2 توسطSEM ، TEM و BET صورت گرفت. نتایج LXRD نشان داد که مزوپور TiO2 تشکیل و سطح ویژه آن m2/gr 90 تخمین زده شد. در ادامه از روش بررسی خاصیت فوتوکاتالیستی و آزمایش تخریب متیل اورانژ در حضور درصدهای مختلف مولی نانو کامپوزیت نقره استفاده گردید. نتایج به دست آمده از آزمایش تخریب متیل اورانژ نشان داد که نمونه Ag-CNT)60-(TiO2)150/15%) که دارای wt%15 نقره می باشد، دارای خاصیت فوتو کاتالیستی بهتری از سایر نمونه ها است.
    کلیدواژگان: مزوپور TiO2، نقره، نانو تیوب کربن، خاصیت فوتوکاتالیستی، نانوکامپوزیت
  • نوید عطازاده، حمیدرضا بهاروندی، ناصر احسانی، مینا سعیدی حیدری صفحه 21
    در این پژوهش مکس فاز Ti3SiC2 با استفاده از مخلوط پودرهای Ti، Si و C و به روش آلیاژسازی مکانیکی - عملیات حرارتی سنتز شده است. به منظور بررسی تاثیر زمان آسیاکاری و همچنین دمای عملیات حرارتی بر میزان سنتز مکس فاز Ti3SiC2 از ترکیب C2:Si3/1:Ti3 استفاده شد. ابتدا توزین پودرهای اولیه صورت گرفت و پس از آن مخلوط پودرها با نسبت گلوله به پودر 50 به 1 در مدت زمان های 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 cm 2/1، به شکل قرص هایی تحت فشار MPa 200 تبدیل شدند. پس از عملیات حرارتی (عملیات تکمیلی) نمونه ها در دماهای C° 1100، C° 1200 و C° 1300 به مدت زمان یک ساعت تحت اتمسفر آرگون، آنالیز پراش اشعه ایکس جهت بررسی ترکیب فازی و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی مجهز به طیف سنج EDS به منظور مشاهده ریزساختار، به کار گرفته شد. در نهایت مشخص شد که بیش ترین مقدار مکس فاز Ti3SiC2 سنتز شده معادل 75 درصد وزنی است که مربوط به نمونه 40 ساعت آسیاکاری بوده و در دمای C° 1200 عملیات حرارتی شده است. همچنین مشاهده شد که با افزایش زمان آسیاکاری از 40 به 50 ساعت، درصد وزنی مکس فاز Ti3SiC2 در محصولات واکنش کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: مکس فاز، Ti3SiC2، آلیاژسازی مکانیکی، عملیات حرارتی، زمان آسیاکاری
  • فاطمه مهرپورلایقی، رحیم نقی زاده، علیرضا خاوندی، حمیدرضا رضایی صفحه 37
    این تحقیق با هدف بررسی سنتز، خواص مکانیکی و ریزساختاری کامپوزیت آلومینا- زیرکونیا- کبالت صورت گرفته است. ترکیب های حاوی 5، 10، 20 درصد حجمی از مجموع تقویت کننده های زیرکونیا 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 کلسیناسیون در دمای 1100 به مدت 3 ساعت فاز اسپینل آلومینات کبالت حاصل گردید. سپس جهت احیای کبالت از اسپینل، پودر کلسینه شده در بستر کربن در کوره الکتریکی با دمای 950 به مدت 3 ساعت قرار گرفت. نتیجه آزمون پراش اشعه ایکس حضور فازهای Al2O3، Co، t-ZrO2و مقدار کمی m-ZrO2 را تایید می کند. در مرحله بعد جهت تعیین و بررسی خواص کامپوزیت Al2O3/ZrO2-Co، پودرهای کامپوزیتی با فشار MPa 50 پرس تک محوره و سپس با فشار MPa 400 پرس ایزواستاتیک سرد شدند و سپس زینتر آنها در بستر کربن به روش بدون فشار و در دماهای 1550، 1600 و 1650 به مدت 5 ساعت صورت گرفت. به منظور ایجاد امکان مقایسه 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 %9/83 در دمای پخت 1650 به دست آمد. استحکام خمشی و سختی این نمونه به ترتیب برابر MPa 322 و MPa.m1/2 95/11 می باشد که نسبت به آلومینای پخته شده در همان دما برای استحکام خمشی به میزان %15/20 افزایش و سختی به میزان %96/15 کاهش یافته بود. کاهش سختی به دلیل سختی پایین فاز فلزی می باشد و افزایش استحکام به دلیل جلوگیری زیرکونیا و کبالت از رشد افراطی دانه های آلومینا رخ داده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت Al2O3، ZrO2، Co، زینتر بدون فشار، احیای اسپینل، ریزساختار، استحکام خمشی
  • مریم سادات شریفیان، علی شانقی، هادی مرادی صفحه 51
    در تحقیق حاضر پوشش نانو ساختار کامپوزیتی پایه سرامیکی تیتانیا- آلومینا با درصدهای مختلف بنزوتریازول شامل 2/1، 6/3، 8/4، توسط فرایند سل- ژل سنتز و سپس توسط تکنیک غوطه وری بر روی سطح آلومینیوم 2024 اعمال گردید. رفتار فازی، ساختاری و مورفولوژی سطح بوسیله XRD، FESEM، AFM و رفتار خوردگی، در محلول حاوی 5/3 درصد نمک طعام، توسط ازمون پلاریزاسیون و طیف بینی امپدانس الکتروشیمیایی مورد ارزیابی قرار گرفت. مقدار بیشینه ی بازدارندگی در غلظت 6/3 درصد بنزوتریازول می باشدکه با افزودن این مقدار بازدارنده به محلول، شدت جریان خوردگی از mA 006797/0 بهmA 002523/0 کاهش می یابد. این کاهش نرخ خوردگی بیانگر بازده 67 درصد است. همچنین نتایج یکنواختی و همگنی پوشش و افزایش مقاومت به خوردگی آلومینیوم را، بدلیل رها شدن ممانعت کننده های بنزوتریازول، بخصوص در غلظت بهینه 6/3 درصد بنزوتریازول، نشان داد.
    کلیدواژگان: پوشش نانوساختار کامپوزیتی تیتانیا، آلومینا، فرایند سل ژل، بنزوتریازول، آلومینیوم 2024، رفتار خوردگی
  • ولی دلوجی، علیرضا سوری، مهین سعدی آل کثیر صفحه 65
    در این کار ابعاد برخالی(فرکتالی) و هدایت الکتریکی لایه های کربن– نیکل در زمان های لایه نشانی 50 تا 600 ثانیه اندازه گیری شدند. به علت وجود مولفه های برخالی در توپوگرافی های سطح، چگالی طیفی توان(PSD) تمام لایه ها در محدوده فرکانس های بالا تغییراتی به صورت عکس قانون توانی نشان می دهند. ابعاد برخالی و توپوگرافی لایه های کربن - نیکل از 50 تا 180 ثانیه افزایش یافته اند، با این حال در 600 ثانیه، این پارامترها کاهش یافته اند. مشاهده شد که با افزایش زمان لایه نشانی از 50 تا 180 ثانیه، هدایت الکتریکی در دمای اتاق ( ) لایه ها از 9- 10×87/2 به 8- 10 × 3/2 افزایش می یابد و سپس به مقدار 9- 10× 62/6 برای پوشش های لایه نشانی شده در 600 ثانیه کاهش می یابد. ابعاد برخالی و هدایت الکتریکی در دمای اتاق با تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی در توافق می باشند.
    کلیدواژگان: لایه های کربن، نیکل، زمان و نرخ لایه نشانی، ابعاد برخال، هدایت الکتریکی
  • داریوش سوری صفحه 73
    شیشه های اکسیدی دارای خواص منحصر بفردی هستند. در کار حاضر چگونگی تغییر خواص گرمایی با ترکیب نمونه ها بررسی شده است. در این کار، شیشه های سه مولفه ای xNiO-5O2V (x-60) –2TeO40 با درصدهای مولی متفاوت 20≤x≤0 با روش استاندارد سرمایش سریع مذاب ساخته شده اند. نمودارهای گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) برای این نمونه ها در بازه ی دمایی (oC 500-150) و در نرخ های گرمایش K/min 12 و10،9، 6، 3=φ مورد بررسی قرار گرفته اند. سپس با استفاده از نتایج کالریمتری،خواص گرمایی نظیر دمای تبلور(Tcr )، شاخص آورامی(n) و درنتیجه انرژی فعالسازی بلورینگی(Ec) محاسبه شده اند. به طور کلی نتایج حاصل از این پژوهش نشان دهنده ی روند کاهشی در انرژی فعالسازی بلورینگی با افزایش درصد مولی اکسید نیکل می باشد که می توان آنرا به افزایش تراکم اکسیژن های غیر پیوندی و افزایش تردی این نمونه ها نسبت داد. مقادیر به دست آمده برای شاخص آورامی(n)، نشان می دهد که این شاخص حول مقدار 1 n ≈ در افت وخیز است که مشخصه رشد بلوری سطحی یا تک بعدی می باشد، بنابراین می توان آنرا احتمالا به رشد بلورکهای سوزنی شکل تلوریمی نسبت داد.
    کلیدواژگان: شیشه های اکسیدی، گرماسنجی روبشی تفاضلی، شاخص آورامی، خواص گرمایی، انرژی فعالسازی بلورینگی
  • آرش خسروی، مهدی کلانتر صفحه 83
    کامپوزیت های -AlxCuy Al(Zn)/Al2O3 به علت ارزان بودن، پایداری شیمیایی بالا، مقاومت در مقابل اکسیداسیون و سایش و مقاومت در دماهای نسبتا بالا از جایگاه ویژه ای برخوردار می باشند. تولید کامپوزیت فوق با استفاده از پودرهای ZnO ،Al و CuOبه روش فعال سازی مکانیکی همراه با سنتز احتراقی مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا زمان های مختلف آسیا کاری تا 60 ساعت برای نمونه های Al -10-20%wt.ZnO با مقادیر یکسان از 6%wt.CuO در نظر گرفته شده است. همچنین عملیات حرارتی بر روی پودرهای پرس شده در سه دمای 650، 920 و1150 درجه سانتی گراد در اتمسفر آرگون برای مدت زمان یک ساعت انجام شده است. اثر دمای عملیات حرارتی، میزان ZnO و زمان آسیاکاری بر روی ریزساختار، ترکیب فازی، تراکم پذیری وسختی نمونه های کامپوزیتی به ترتیب توسط مشاهدات میکروسکوپ الکترونی، آزمون تفرق اشعه X، روش ارشمیدس و سختی سنجی ویکرزمورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از روش رویه پاسخ (RSM) و با توجه به طراحی باکس بهنکن (سه فاکتور به بالا و هر فاکتور در سه سطح) بهینه سازی داده ها انجام گرفت. نتایج نشان می دهد که با افزایش زمان آسیا کاری، کرنش شبکه ای افزایش و اندازه کریستالیت ها به 20 نانومتر کاهش می یابد. برای نمونه با شصت ساعت آسیاکاری پیک های Al2O3 و Al4Cu9 هر چند ضعیف بر روی الگوی XRD قابل مشاهده می باشد. بر اساس نتایج مدل RSM، با افزایش زمان آسیا کاری در شرایط دما و ترکیب ثابت دانسیته نمونه های کامپوزیتی کاهش اما سختی تا سقف 295 ویکرز افزایش می یابد که مطابق با داده های تجربی می باشد. افزایش مقدار اکسید روی در شرایط زمان آسیاکاری و دمای عملیات حرارتی ثابت سبب افزایش دانسیته و سختی نمونه کامپوزیتی می شود. تغییرات دمای عملیات حرارتی روند معینی بر روی سختی ندارد. نتایج DTA نشان می دهدکه افزایش زمان آسیاکاری دمای مربوط به شروع واکنش آلومینوترمیک و تشکیل ترکیبات بین فلزی کاهش یافته و در نتیجه می تواند کاهش دمای زینتر را به همراه داشته باشد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت درجا، سنتز احتراقی، سیستم Al، CuO، ZnO، آسیاکاری، واکنش آلومینوترمیک
|
  • Mahsa Masoud, Amir Abbas Nourbakhsh, Ali Hassanzade Tabrizi Page 1
    The photocatalytic activity of mesoporous TiO2 modified by the carbon nanotubes (CNTs) and Ag is reported. The mesoporous TiO2 was synthesized by sol-gel method and mechanically mixed with functionalized multi-wall carbon nanotubes which was decorated by different amount of Ag. Mesoporous TiO2 and the nanocomposite were characterized by XRD¡ SEM¡ TEM¡ BET surface area analysis¡ FTIR¡ AAS¡ UV-Visible¡ DRS-UV and UV-Vis absorption spectroscopy. The photoactivity of nanocomposite containing mesoporous TiO2¡ MWCNT and Ag were evaluated by the degradation of methyl orange (MO) in aqueous solution under UV irradiation. Results showed that the CNT which was decorated with the 15.5% of Ag could facilitate the phocatalytic activity of mesoporous TiO2.
    Keywords: mesoporous TiO2, Ag, multiwall Carbon nanotube, photocatalitic activity, nanocomposite
  • Mina Saeedi Heydari Page 21
    In this study Ti3SiC2 MAX phase synthesized by mixing of Ti, Si and C powders and mechanical alloying - heat treatment. The composition of 3Ti:1.3Si: 2C were used in order to evaluate the milling time and also heat treatment temperature in synthesis of Ti3SiC2 MAX phase. At first the initial powders were weighed and mechanical alloying was carried out using ball to the powder ratio of 50:1 for 30, 40 and 50 hours under argon atmosphere. Then the mixed powders were pressed in steel mold with the diameter of 1.2 cm to shape discs under the pressure of 200 MPa. After a complementary heat treatment of the samples at 1100, 1200 and 1300 °C for 1 hour, an X-ray diffraction analysis was used to examine phase composition while a field emission transmission electron microscope equipped with an EDS spectrometer was utilized to observe the microstructure. Finally, it was found that the maximum amount of the synthesized Ti3SiC2 MAX phase is totally equal to 75wt.% which is related to the sample with milling time of 40 hours and heat treated at the temperature of 1200°C. It was also observed that the weight percentage of the Ti3SiC2 MAX phase has decreased in the reaction products by increasing of the milling time from 40 to 50 hours.
    Keywords: MAX phase, Ti3SiC2, mechanical alloying, heat treatment, milling time
  • Rahim Naghizadeh Page 37
    The present study aimed to investigate the synthesis, microstructural and mechanical properties of alumina/zirconia-cobalt composite. The compositions containing 5, 10, 20 Vol.% of the sum of ZrO2 and Co were studied. The composite powders were prepared through mixing of alumina powder with partially stabilized zirconia and cobalt sulfate powders followed by calcination treatment at 1100 for 3h and reduction of cobalt by aluminum powder additive, in carbon bed at 950 for 3h. The XRD analysis showed the presence of Al2O3, t-ZrO2, Co and a little m-ZrO2. In order to investigate the properties of Al2O3/ZrO2-Co composite, composite powders were pressed uniaxial followed by Cold Isostatic Pressing (CIP) at 400MPa. The prepared discs were sintered in carbon bed at 1550 1600 , 1650 for 5h. The alumina specimen was also prepared with the same procedure. The final results showed that the highest relative density value was 83.9% obtained for the specimen with the composition containing 5vol.% ZrO2 and 5vol.% Co densified at 1650 for 5h. The bending strength and hardness of this specimen was 322MPa and 11.95MPa.m1/2 respectively. So 20.15% increment of bending strength and 15.96% decrease of hardness was observed compare to monolithic alumina. The decrease of hardness was due to the lower hardness of metallic phase and the increase of bending strength is occurred because of presence of zirconia and cobalt particles which prevent of alumina grains growth.
    Keywords: Composite Al2O3, ZrO2, Co, Pressure less sintering, Spinel reduction, Microstructure, Bending strength.
  • Page 51
    In this study, a nano-composite ceramic titania-alumina coating with different percentages of Benzotriazole include 1.2%, 3.6%, 4.8% was synthesed by sol-gel process and then applied by immersion technique on the surface of Al 2024. Phase behavior structural properties and surface morphology was investigated by using XRD, FESEM, AFM, respectively, and also corrosion behaviour were evaluated by using the polarization and electrochemical impedance spectroscopy in a 3.5% NaCl solution. The maximum inhibition at concentrations of 3.6% Benzotriazole can be cuased to decrease corrosion current density of 0.006797 mA to 0.002523 mA. The results show uniform and homogeneous coverage and increase the corrosion resistance of aluminum, due to release Benzotriazole inhibitors in the concentration of 3.6% Benzotriazol, particularly.
    Keywords: Composite nanostructured titania, alumina coating, Sol, gel process, Benzotriazole, 2024 Aluminum alloys, Corrosion properties.
  • Page 65
    In this work, fractal dimensions and electrical conductivity of carbon–nickel films deposited at deposition times from 50 to 600 second were investigated. Because of the existence of fractal components in the surface topographies, the power spectra densities (PSDs) of all films show inverse power law variation at the high spatial frequency region. The fractal dimensions and the topography carbon-nickel films from 50 to 180 second are increased however; at 600 second these characteristics are decreased. It was observed that with increasing deposition time from 50 to 180 second, the room temperature electrical conductivity (σRT) of films increases from 2.87x10-9 to 2.3x10-8 Ω-1 cm-1 and then decreases to 6.62x10-9 Ω-1 cm-1 for films deposited at 600 second. Fractal dimensions and the room temperature electrical conductivity are in consistent with field emission scanning electronic microscopy (FESEM) images.
    Keywords: carbon–nickel films, deposition time, rate, fractal dimensions, electrical conductivity
  • Page 73
    Oxide glasses have unique thermal properties. In the present work, it was investigated that how the thermal properties vary with composition. In this work, the ternary glasses of the form 40TeO2-(60-x)V2O5- xNiO with different molar percentage 0≤x≤20 have been prepared by standard rapid melt-quenching method. DSC curves of these ternary glasses have been investigated in the range (150- 500oC) at heating rates φ=3, 6, 9, 10 and 12K/min. Then, using their crystallization temperature (Tcr) and Avrami index (n), their crystallization activation energy (Ec) were calculated. Generally, results of this work show that the decreasing trend of crystallization activation energy, which can be attributed to the increasing of non-bridging oxygen's and increasing of fragility. The obtained values of (n) show that it fluctuates around n≈ 1, which can be attributed to surface or one-dimensional crystal growth of probably needle-like tellurium crystals.
    Keywords: Oxide glasses, Differential scanning calorimetry, Avrami index, Thermal properties, Crystallization activation energy.
  • Page 83
    Aluminum matrix composites due to low cost, high chemical stability, resistance to oxidation, resistance to abrasion and high mechanical strength at relatively high temperatures have a good status among advanced materials. This paper reports the synthesized Al(Zn)/Al2O3-AlxCuy composite by mechanical alloying and combustion synthesis in Al-ZnO-CuO system. A mixture of Al, ZnO, and CuO powders with different composition (Al-10-20wt.%ZnO with 6wt%CuO) are subjected to high-energy milling with different time of 0-60h. The compacted samples were sintered at different temperature (650-1150 ). X-ray diffraction results of ball-milled samples show that the Al2O3 phase is partially formed after sixty hours of ball-milling and the peaks of CuO are disappeared because of becoming amorphous state. By increasing milling time, the grain size is decreased and it is estimated that minimum grain size for sample (20 nanometer). Based on the model of RSM (Response surface methodology is used to optimize mechanical properties through box-behnken design), by increasing of ball-milling time in stationary conditions of sintering temperature and composition, the density of composite samples will be decreased while, the hardness will be increased to 295 Vickers that is accordance with experimental values. Increasing of ZnO content in stationary conditions of sintering temperature and ball-milling time causes increasing of density and hardness of composite samples. Thermal Analysis investigations show that with increasing milling time, due to mechanical activation and entrance of alloy elements into aluminum, melting point of aluminum (from 667 to 622 .) and starting temperature of alumio-thermic reaction (from 661 to 649 .) is reduced.
    Keywords: In, situ composite, combustion synthesis, Al, CuO, ZnO system, ball, milling