فهرست مطالب

علم و مهندسی سرامیک - سال ششم شماره 1 (بهار 1396)
  • سال ششم شماره 1 (بهار 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/04/30
  • تعداد عناوین: 7
|
  • محسن فلاح وسطی کلا، بیژن افتخاری یکتا*، سید محمد میرکاظمی صفحات 1-8
    اکسید وانادیم (VO2) که در دمای °C 68 استحاله ای از فاز مونوکلینیک به تتراگونال (روتایل) دارد با موفقیت روی شیشه های سودا لایم و با روش سل-ژل اعمال شد. نتایج پراش پرتو ایکس (GIXRD) حاکی از وجود دو فاز VO2 و V6O13 در پوشش بود. با استفاده از آزمون اسپکتروسکوپی طیف نفوذی انعکاسی (DRS) ، انرژی باند ممنوعه برای پوشش در حدود eV 65/1 بدست آمد. آزمون مقاومت سنجی سطحی 4 نقطه ای در دمای اتاق و دمای °C100 (بالاتر از دمای استحاله ی VO2) نشان داد که مقاومت پوشش از حدود KΩ 600 در دمای °C25 به Ω 200 در دمای °C100 کاهش یافته است. بررسی های ریزساختاری صورت گرفته با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) نیز نشان دادند که ذرات VO2 به صورت یکنواخت (nm 70-40) روی سطح شیشه توزیع شده اند. با توجه به نتایج آزمون میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، میزان زبری متوسط سطح در حدود nm 18 و مقدار زبری ماکزیمم نیز در حدود nm 120 تعیین شد.
    کلیدواژگان: اکسید وانادیم، استحاله ی مونوکلینیک به تتراگونال، سل، ژل، انرژی باند ممنوعه، مقاومت پوشش
  • حمید جعفری، مرتضی تمیزی فر*، علی نعمتی صفحات 9-25
    در تحقیق حاضر، لایه هایی از HA ، TiO2 و HA/TiO2 با روش کند و پاش مگنترون AC و DC بر روی زیرلایه Ti-6Al-4V پوشش داده شدند. در این جا با تعیین پارامترهای بهینه پوشش دهی که برای هیدروکسی آپاتیت توان W 175 و برای تک لایه تیتانیا نسبت آرگون به اکسیژن (Ar/O2) 70/30 بود، نمونه دو لایه HA/TiO2 پوشش دهی گردید. به منظور بررسی فازهای تشکیل شده، مورفولوژی و زبری سطح به ترتیب از پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) بهره گرفته شد. همچنین اثر دما در عملیات حرارتی بر رشد لایه هیدروکسی آپاتیت مورد بررسی قرار گرفت. با غوطه وری نمونه ها درون مایع شبیه سازی بدن (SBF) آزمایش خوردگی نیز انجام شد. نتایج XRD وجود فازهای HA و TiO2 را در پوشش های مربوطه تائید می کنند. ضمن این که مشاهده گردید با انجام عملیات حرارتی بر روی نمونه چند لایه، پیک های مربوط به HA رشد داشته و نیز مقاومت به خوردگی بهبود یافته است؛ به طوری که شاخص دانسیته جریان خوردگی از مقدار mA.cm-2 041/0 برای نمونه تک لایه هیدروکسی آپاتیت، به مقدار 015/0 ، 007/0 و 003/0 به ترتیب برای نمونه با پوشش چند لایه عملیات حرارتی نشده و نمونه های چند لایه عملیات حرارتی شده در °C 500 و °C 800 کاهش یافت. بدین ترتیب نمونه چند لایه عملیات حرارتی شده در °C 800 بهترین مقاومت به خوردگی را دارا بود. همچنین تصاویر SEM حاکی از تشکیل لایه نازکی از HA و TiO2 با ضخامتی در حدود nm 300 دارد. داده های AFM بیان می دارند که زبری سطح زیرلایه بدون پوشش با اعمال پوشش های تک لایه HA و TiO2 و چند لایه HA/TiO2 بهبود یافته است. طبق این داده ها نمونه های تک لایه TiO2 و HA زبری سطح تقریبا یکسان (در حدود 64) داشتند. در مورد نمونه چند لایه عملیات حرارتی نشده، عدد 5/73 بهبود خوبی در زبری سطح را نشان می دهد. برای چند لایه عملیات حرارتی شده در °C 800 این عدد به شدت افزایش یافته و شاهد رشد شدیدی بوده است که نشان از اثر بسیار مثیت انجام عملیات حرارتی بر خواص سطحی پوشش هیدروکسی آپاتیت می باشد..
    کلیدواژگان: هیدروکسی آپاتیت، لایه نازک، Ti-6Al-4V، کند و پاش مگنترون
  • رویا بلدی، خلیل الله قیصری * صفحات 27-48
    در این پژوهش، فریت لیتیم (Li0.5Fe2.5O4)به کمک روش سل- ژل تهیه و اثر عملیات حرارتی در دمای C° 1000بر روی ساختار و ویژگی های آن ارزیابی شد. برمبنای آزمون پراش پرتو ایکس(XRD)، ساختار کریستالی مکعبی با گروه فضایی P4332 برای فریت لیتیم قبل و پس از عملیات حرارتی شناسایی شد. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدان (FESEM) ریزساختار پودرهای تولید بررسی شد. قبل از عملیات حراراتی، در کلوخه های صفحه ای شکل اولیه، ذراتی با اندازه متوسطی در حدود nm 75 مشاهده شد که پس از عملیات حرارتی، رشدی حدودی 10 برابر را نشان داد. بررسی رفتار مغناطیسی نشان داد که قبل از عملیات حرارتی، مغناطش اشباعی معادل با emu/g 54/53 به دست آمد که پس از عملیات حرارتی، تغییر چندانی از خود نشان نداد. نفوذپذیری مغناطیسی به عنوان مهم ترین شاخصه مغناطیسی در تمامی بسامدهای اندازه گیری شده بهبود قابل توجهی را نسبت به نمونه قبل از عملیات حرارتی نشان داد. چنین بهبودی در شاخصه ثابت دی الکتریک نیز در تمامی بسامدهای اندازه گیری شده مشاهده شد. با توجه به بررسی نحوه تغییرات نفوذپذیری مغناطیسی و ثابت دی الکتریک با دما، دمای کوری مغناطیسی و دی الکتریک فریت لیتیم تولید شده پس از عملیات حرارتی به ترتیب در محدوده K ̊900-830 و K ̊610-590 اندازه گیری شد.
    کلیدواژگان: سل- ژل، فریت لیتیم، مغناطش اشباع، دمای کوری، نفوذپذیری مغناطیسی، ثابت دی الکتریک
  • مصطفی میلانی، سید محمد میرکاظمی، سید محمد زهرایی * صفحات 49-61
    کنترل اندازه تخلخل و همگن بودن ریزساختار بدنه خام اولیه در ساخت سرامیک های شفاف آلومینایی یکی از مهم ترین چالش های تکنیکی در ساخت این بدنه ها می باشد. بدنه های اولیه توسط فرایند رسوب نشانی الکتروفورتیک تهیه شد و سپس با استفاده از فرایند زینتر پلاسمای جرقه ای در دمای 1350 و 1450 درجه سلسیوس به مدت 10 و 15 دقیقه در اتمسفر خلا و فشار 80 و 100 مگاپاسکال زینتر شدند. بدنه آلومینایی بدست آمده به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و طیف سنج مادون قرمز (FTIR) مورد بررسی قرار گرفت. همچنین در آنالیز طیف سنجی اشعه ایکس فاز کوراندوم کاملا تشکیل شده و دانسیته نسبی بدنه ها به بیش از 99/99 درصد رسید. با زینتر بدنه ها در دمای 1350 درجه سلسیوس و فشار 100 مگا پاسکال، متوسط اندازه دانه ها کمتر از 150 نانومتر است. همچنین نتایج طیف سنجی نشان می دهد که در بدنه های مذکور میزان عبور نور مادون قرمز بالاتر از 80 درصد (در طول موج 5 میکرون) است. مشخص گردید که افزایش میزان نور عبوری (در محدوده طول موج 3 تا 5 میکرون) وابسته به عوامل موثر در فرایند شکل دهی بدنه خام بوده و با کنترل اندازه تخلخل در این بدنه ها که با تغییر پتانسیل رسوب دهی و فاصله بین الکترودها بدست می آید، می توان ریزساختار بعد از زینتر راکنترل کرده و در نهایت به عبور نوری برابر با مقادیر تئوری دست پیدا کرد.
    کلیدواژگان: بدنه آلومینای نانو ساختار، آلومینای شفاف، رسوب نشانی الکتروفورتیک (EPD)، ریزساختار
  • حامد یعقوبی، اسماعیل صلاحی*، فاطمه طاعتی اصیل صفحات 63-83
    هرگونه تغییرشکل ناخواسته و برگشت ناپذیر در بدنه های سرامیکی در هنگام فرایند سینتر حالت مایع که ناشی از اثر هم زمان تنش های مکانیکی و حرارتی است، به تغییرشکل های پیروپلاستیک مشهور هستند. این تغییرشکل ها به صورت های مختلفی مانند کاهش دقت ابعادی، اعوجاج، ترک و یا انهدام قطعه سرامیکی، خود را نشان می دهند. اصلاح این تغییرشکل ها پس از سینتر بدنه های سرامیکی با فرایندهای گران قیمتی مانند تراشکاری و پرداخت کاری در بعضی موارد امکان پذیر خواهدبود ؛ در غیراین صورت، فرایند تولید بدنه سرامیکی باید از ابتدا به گونه ای تکرارشود تا از ایجاد مجدد این تغییرشکل ها جلوگیری شود. بنابراین، پیش بینی و شبیه سازی مقدار و محل این تغییرشکل ها همواره از اهمیت بسیار زیادی در بین محققان و تولیدکنندگان بدنه های سرامیکی برخوردار بوده است. تغییر خواص فیزیکی و مکانیکی با دما برای بدنه های سرامیکی در هنگام سینتر حالت مایع نقش اساسی در پیش بینی این تغییرشکل های پیروپلاستیک و در نهایت دقت ابعادی بدنه نهایی دارد. در این تحقیق، نخست بر اساس آزمون انحراف سنجی روی نمونه های سرامیکی، یک مدل ریاضی برای معادله میزان تغییرشکل پیروپلاستیک با زمان سینتر و سپس، مدل ریاضی دیگری برای معادله ضریب گرانروی دینامیک با دمای سینتر، به کمک روش AIC انتخاب شد. مدل های انتخاب شده در معادلات بنیادی فرایند سینتر حالت مایع، جایگزین و با روش آنالیز اجزای محدود به کمک زیربرنامه خزش در نرم افزار آباکوس، حل شدند. تطابق قابل قبول بین نتایج فرایند شبیه سازی و آزمون انحراف سنجی، حاکی از انتخاب صحیح مدل ریاضی انتخاب شده در این تحقیق است. تکرارپذیری، صحت و دقت سنجی مدل ریاضی انتخاب شده با دو آزمون تجربی دیگر شامل آزمون سینترخمشی و سینترحالت آزاد، انجام شد. پس از تایید تکرارپذیری، صحت و دقت فرایند شبیه سازی، به پیش بینی و مقایسه با شواهدتجربی برای چندین خاصیت مهم فیزیکی و مکانیکی بدنه سرامیکی در هنگام سینتر حالت مایع پرداخته شد. از این خواص مهم، می توان به انقباض جهت دار، چگالی نسبی و توزیع آن، ضریب موثر برشی گرانرو، ضریب موثر حجمی گرانرو، تنش موثر سینتر و تنش هیدرواستاتیک اشاره نمود. نتایج حاکی از توزیع غیریکنواخت چگالی در نمونه های آزمون انحراف سنجی و سینترخمشی است؛ رفتار جهت دار انقباض برای نمونه های سرامیکی ساخته شده به روش ریخته گری نیز مشاهده گردید؛ تنش موثرسینتر همواره از تنش هیدرواستاتیک بزرگ تر است، که منجربه ادامه و تکامل فرایند سینتر می شود. تغییرات ضریب موثر حجمی گرانرو با زمان سینتر، توقف در شیب نزولی انقباض حجمی در مراحل پایانی فرایند سینتر را نشان می دهد؛ که این رفتار نیز با آزمون دیلاتومتری ثابت شد.
    کلیدواژگان: تغییرشکل پیروپلاستیک، آنالیز اجزای محدود، ضریب گرانروی دینامیک، پرسلان سخت، سینتر حالت مایع
  • محمد قنبری*، علی محمد هادیان، امیرعباس نوربخش صفحات 85-95
    در سال های اخیر ژئوپلیمرها به دلیل خواص و پتانسیل های کاربردیشان در مواد مقاوم در برابر آتش، عایق حرارتی، مواد ساختمانی، سیمان و بتن و غیره مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. نانو سیلیس یکی از موادی است که می تواند خواص مکانیکی، ریزساختاری و ساختاری ژئوپلیمرها را تغییر دهد. در این پژوهش از نانو سیلیس در مقادیر 0، 2، 4 و 6 درصد وزنی برای ساخت نمونه های ژئوپلیمری پایه متاکائولن استفاده شد. سپس خواص مکانیکی نمونه ها نظیر استحکام فشاری و خمشی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که با افزایش درصد نانو سیلیس از 0 تا 6 درصد وزنی استحکام فشاری نمونه ها از MPa 4/62 به MPa1/84 و استحکام خمشی آن ها از MPa 4/13 به MPa 2/24 افزایش پیدا می کند. همچنین اثر نانو سیلیس بر خواص ساختاری و ریزساختاری ژئوپلیمرهای پایه متاکائولن با استفاده از آنالیز پراش اشعه ایکس، طیف جذب اشعه مادون قرمز و تصاویر میکروسکوپی مورد بررسی قرار گرفت.. تصاویر ریزساختاری نشان دادند که با افزایش درصد نانو سیلیس نمونه ها از یکنواختی بهتری برخوردارند.
    کلیدواژگان: ژئوپلیمرهای پایه متاکائولن، نانو سیلیس، خواص مکانیکی، خواص ساختاری و ریزساختاری
  • نفیسه عزیزی، جلیل وحدتی خاکی، سحر ملازاده بیدختی*، عباس یوسفی صفحات 97-113
    در این پژوهش فریتNi0.5Zn0.5Fe2O4 به روش سنتز احتراقی در محلول و با استفاده از دو سوخت اوره و گلایسین به صورت مجزا و ترکیبی تولید گردید. پودرهای تولیدی در سه نسبت مختلف از سوخت و اکسیدکننده و 5 حالت متفاوت از سوخت های اوره، گلایسین به صورت مجزا و ترکیب این دو سوخت تهیه و با یکدیگر مقایسه شدند. تغییرات دما در حین سنتز توسط دستگاه Data Acqusition ثبت گردید. ماکزیمم دمای احتراق در نمونه هایی با نسبت سوخت به اکسید کننده برابر با یک (1F/O=) و ترکیب سوخت شامل 40 درصد اوره و 60 درصد گلایسین رخ داد. بر اساس نتایج آنالیز XRD در تمام نمونه ها، ساختار کریستالی اسپینل فریت نیکل – روی متبلور شده است. تصاویر FESEM نشان می دهند که نوع و میزان سوخت تاثیر بسزایی بر ریزساختار و تخلخل فریت های تولیدی دارد. بر اساس نتایج آزمون VSM بیشترین مقدار مغناطش اشباعemu/g22/67 در نمونه ای با 4/1F/O= و با استفاده از سوخت اوره مشاهده شد. حلقه هیسترزیس باریک که نشان دهنده خاصیت نرم مغناطیس است در تمامی نمونه ها مشاهده گردید.
    کلیدواژگان: فریت نیکل-روی، سنتز احتراقی در محلول، نسبت سوخت به اکسیدکننده، نوع سوخت، مورفولوژی
|
  • Bijan Eftekhariyekta * Pages 1-8
    Vanadium oxide nano-coating which has a monoclinic to tetragonal (rutile) transition at about 68 °C was successfully coated on a soda lime glass via sol-gel method. Grazing incidence X-ray diffraction results showed that two phases were coexisted in the coating named VO2 and V6O13 which due to the overlap of their patterns, diffuse reflectance spectroscopy was used to determine the main phase. According to diffuse reflectance spectroscopy results, band gap energy of the coating was about 1.65 eV and which was related to semiconductor phase (VO2), because V6O13 show a metallic behavior at room temperature. 4-point resistivity showed that the coating surface resistance was decreased from 1 MΩ to about 200 Ω. Microstructural analysis showed that the coating was uniform and the crystallite size was about 40-70 nm. According to atomic force microscopy results, the mean roughness of the surface and the maximum roughness were about 18 nm and 120 nm, respectively.
    Keywords: Vanadium oxide, monoclinic to tetragonal transition, sol-gel, band gap energy, surface resistance
  • Morteza Tamizifar * Pages 9-25
    In current research, single HA, single TiO2, and double layer HA/TiO2 coatings was applied on Ti-6Al-4V substrate by AC/DC magnetron sputtering method with obtained optimum parameters. The parameters were: power 175 W to coat single HA layer, optimum Ar/O2 ratio of 30/70 for coating TiO2 thin film, both which applied for HA/TiO2 multilayer coating sample. In addition, the effect of heat treatment temperature on hydroxyapatite layer growth was investigated. Phase formation, morphology, and roughness of coatings’ surface were investigated by X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Atomic Force Microscope (AFM), respectively. Also, the effect of exposing samples to simulated body fluid (SBF) was studied. SEM images confirmed the formation of calcium phosphate precipitations on the surface of coatings. The XRD patterns and EDS analysis results showed the precipitations formed on surface of coatings were calcium phosphate phases. The corrosion test showed that the corrosion resistance of heat-treated HA/TiO2 multilayer coating was improved, 0.041 A.cm-2 in comparison with 0.015, 0.007, and 0.003 for single HA, untreated multilayer, heat-treated multilayer at 500ºC and 800ºC, respectively. SEM micrographs showed that at same periods of soaking samples into SBF, more precipitation formed on HA/TiO2 coating in than HA coating which indicates the improvement of bioactivity of Ti implants with applying the HA coatings, also showing 300 nm thick layers of HA and TiO2 on the alloy surface. AFM results showed that surface roughness of uncoated Ti alloy was improved by applying coatings of single HA, single TiO2, and multilayer HA/TiO2. The results of AFM also demonstrates that the single HA and single TiO2 coatings had similar surface roughness ( 64 Å) while untreated multilayer coating had an improved roughness of 73.5Å. The surface roughness was increased drastically for heat-treated multilayer sample at 800ºC due to positive effect of heat treatment on hydroxyapatite coating’s surface properties.
    Keywords: Hydroxyapatite, Thin Films, Ti-6Al-4V, Magnetron Sputtering
  • Khalil Gheisari * Pages 27-48
    In this study, Lithium ferrite has been produced by sol-gel method and influence of heat treatment at 1000˚C on its structure and properties has been investigated. Based on X-ray diffraction (XRD) data, it was identified that Li ferrite with cubic crystal structure and P4332 space group is formed successfully before and after heat treatment process. The microstructure of produced powder has been investigated by field emission scanning electron microscope (FESEM). The secondary particles with an average particle size of about 75 nm are observed into initial plate-like clusters. These particles grow to about 10 times larger after heat treatment. Magnetic properties measured by vibrating sample magnetometer (VSM) indicates that the value obtained for saturation magnetization is 53.54 emu/g. After heat treatment, saturation magnetization didn’t change. Magnetic permeability as the most important electromagnetic properties measured in all frequencies showed a significant improvement owing to heat treatment. This improvement is also observed in dielectric constant. Evaluation of magnetic permeability and dielectric constant variation with temperature shows that magnetic and dielectric Curie temperatures are in the range of 830-900˚K and 590-610˚K, respectively.
    Keywords: Sol-gel, Lithium Ferrite, Saturation magnetization, Curie temperature, Magnetic permeability, Dielectric constant
  • Seyed Mohamad Zahraee * Pages 49-61
    manufacturing of alumina are the most important technical challenges in producing these parts. Early pieces were prepared by electrophoretic deposition process and spark plasma sintering process using at 1350 and 1450 °C for 10 to 15 minutes in vacuum. The obtained body was studied by field emission scanning electron microscopy (FESEM) and infrared spectroscopy (FTIR). The samples have been sintered at 1350 °C and 100 MPa, had average grain size less than 150 nm and infrared light transmittance higher than 80% (at a wavelength of 5 microns). It was found that the formation process factors affecting on the amount of light passing. By controlling the porosity, it is possible to control the microstructure after the sintering. This is possible by controlling the deposition electric potential and the distance between the electrodes. In the end, light transmission can be achieved near the theory amount.
    Keywords: Nano Structured Alumina, Transparent Alumina, Electrophoretic deposition, micro structure
  • Esaeil Salahi * Pages 63-83
    Increasing the amount of vitreous phase formed in the ceramic body during the liquid phase sintering process, with decreasing in its viscosity leads to the pyroplastic deformation. It sometime causes to crack, failure or rejection of ceramic parts, so the prediction and modification of these deformation is the key factor for ceramic manufacturing process. Physical and mechanical behavior of the ceramic body during sintering process including the viscose flow deformation, anisotropic shrinkage, heterogeneous densification, as well as sintering stress, have significant influence on the both final body dimensional precision and densification process. In this paper, the finite element method has been developed to study pyroplastic deformation, physical, and mechanical behavior of hard porcelain ceramic body during liquid phase sintering process. After raw materials analysis, the standard hard porcelain mixture as a ceramic body was designed and prepared. The finite element method for the ceramic specimens during the liquid phase sintering process are implemented in the CREEP user subroutine code in ABAQUS. Densification results confirmed that the bulk viscosity was well-defined with relative density. Dilatometry, SEM, XRD investigations as well as bulk viscosity simulation results confirmed that the “mullitisation plateau” was presented as a very little expansion at the final sintering stage, because of the highly amount of mullite formation.
    Keywords: Pyroplastic deformation, Finite element analysis, Dynamic viscosity modulus, Hard porcelain, Liquid phase sintering
  • Mohamad Ghanbari * Pages 85-95
    In recent years, geopolymers have received considerable attention because of their properties and potential applications in fire resistant materials, thermal insulation, low-tech building materials, cements and concrete, and etc. Nano silica is a material that can modify mechanical, microstructural, and structural properties of geopolymer products. In this study, nano silica was added to metakaolin-based geopolymer samples at the dosages of 0, 2, 4, and 6 % by weight. Then, mechanical properties of samples such as compressive and flexural strength were measured. The results showed that by increasing the percent of nano silica, both compressive and flexural strength increased from 62.4 to 84.1 and from 13.4 MPa to 24.2 MPa respectively. Also, effect of nano silica on microstructural and structural properties of metakaolin-based geopolymers were investigated using XRD, FTIR, and SEM micro graphs. The SEM micro graphs showed that an increase in the percent of nano silica caused an increase in the homogeneity of samples.
    Keywords: Metakaolin-based geopolymers, Nano silica, Mechanical properties, Microstructural, structural properties
  • Sahar Mollazadeh * Pages 97-113
    Ni0.5Zn0.5Fe2O4ferrite, was produced by solution combustion synthesis method. In this way, by heating a solution containing an oxidizer and fuel, highly exothermic reaction occurs that results in the production of powder products with the desired compound. Powders produced in three various ratios of the fuel and oxidizer and 1 different modes of fuels (urea, glycine and combinations of these two fuels) were prepared and compared with each other. The maximum combustion temperature occurred in a sample of F/O=1. Based on the results of the XRD analysis, in all samples, spinel ferrite phase crystallized. FESEM photos shows that the type and amount of fuel has a significant impact on morphology and porosity of produced spinel ferrite. According to magnetic measurements, maximum saturation magnetization were obtained in F/O=1.4 and urea which were 67.22 emu/g. Also, all samples have narrow hysteresis loops, which indicates their soft magnetic properties.
    Keywords: Nickel-Zinc Ferrite, Solution Combustion Synthesis, The Ratio of Fuel to oxidizer, Type of fuel