فهرست مطالب

علم و مهندسی سرامیک - سال ششم شماره 2 (تابستان 1396)
  • سال ششم شماره 2 (تابستان 1396)
  • تاریخ انتشار: 1396/07/07
  • تعداد عناوین: 7
|
  • علی شانقی، علیرضا سوری *، مهدی رفیعی، علی بخشی صفحات 1-15
    پوشش های نانوکامپوزیتی پایه سرامیکی به دلیل دارا بودن سختی و مقاومت به سایش بالا دارای کاربرد بسیار زیادی در بهبود رفتار سایشی آلومینیوم و آلیاژهای آن دارد. دراین تحقیق پوشش نانوکامپوزیتی زیرکونیا – آلومیناتوسط فرآیند سل- ژل و روش غوطه وری همراه با استفاده از پیش ماده های آلکوکسیدی زیرکونیوم پروپوکساید و آلومینیوم تری سک بوتیلات برروی سطح آلومنیوم 2024 اعمال گردیده است. سپس خواص فازی، ساختاری ومورفولوژی پوشش به ترتیب با استفاده ازGIXRD، FTIR، FESEM، AFM مورد بررسی قرارگرفته است. همچنین خواص نانو مکانیکی پوشش بوسیله روش های نانودندانه گذاری و نانو خراش در بارهای 50 و 60 میلی نیوتن ارزیابی شده است. نتایج بیانگر تشکیل پوشش همگن، یکنواخت و کم ترک همراه با ضخامت تقریبا 800 نانومتر است. حضور آلومینا با بهبود خواص مکانیکی همانند سختی و مدول الاستیک به مقدار 15/1 و 15 گیگاپاسکال منجر به بهبود رفتار سایشی با ضریب اصطکاک 51/0 و حاکم شدن مکانیزم سایش خراشان همراه با مکانیزم برشی گردیده است.
    کلیدواژگان: پوشش نانوکامپوزیت زیرکونیا، آلومینا، آلومینیوم 2024، سل، ژل، رفتار مکانیکی
  • اعظم خدابنده لویی، آرش فتاح الحسینی *، سید امید گشتی صفحات 17-29
    در این مقاله به بررسی اثر غلظت سیلیکات سدیم (Na2SiO3.5H2O) بر ریزساختار و رفتار خوردگی پوشش‏های سرامیکی تشکیل ‏شده به وسیله فرآیند اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی (PEO) روی زیر لایه آلیاژ آلومینیم 5052 پرداخته شد. جهت این بررسی از سه غلظت 6، 12 و 18 گرم بر لیتر سیلیکات ‏سدیم استفاده شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) جهت بررسی ریزساختار سطحی و سطح مقطع پوشش‏ ها استفاده شد. مطالعه ترکیب فازی آلیاژ آلومینیم 5052 بدون پوشش و دارای پوشش به وسیله پراش‏ سنجی الگوی پرتوایکس (XRD) انجام شد. رفتار خوردگی نمونه ‏های بدون پوشش و دارای پوشش با استفاده از آزمون‏ های طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی و پلاریزاسیون پتانسیودینامیک درمحلول خورنده کلریدسدیم 5/3 درصد وزنی بررسی شد. با بررسی تصاویر میکروسکوپی مشخص شد که ‏پوشش حاصل از حمام پوشش‏ دهی حاوی 12 گرم بر لیتر سیلیکات‏ سدیم دارای متراکم ‏ترین و یکنواخت‏ ترین ساختار همراه با ریزترین اندازه حفرات سطحی بود. مطالعه الگوی پراش پرتو ایکس این پوشش حاکی از وجود فازهای-Al2O3α،γ-Al2O3 ، مولایت (3Al2O3·2SiO2) و Mg2SiO4 بود. هم‏چنین نتایج آزمون ‏های خوردگی ثابت کردند که پوشش حاصل از حمام پوشش‏ دهی حاوی 12 گرم بر لیتر سیلیکات ‏سدیم بهترین رفتار خوردگی و بیش‏ترین مقاومت به خوردگی را نشان داد. مقاومت به خوردگی این پوشش 1588 کیلو اهم در سانتی‏متر مربع بود که در حدود 188 برابر بیش‏تر از مقاومت به خوردگی زیرلایه آلیاژ آلومینیم 5052 بدون پوشش می باشد.
    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیم5052، پوشش های سرامیکی، اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی، خوردگی
  • وحیده معراجی فر، مهدی قهاری*، رحیم نقی زاده، حمیدرضا رضایی صفحات 31-41
    استفاده از رنگدانه مشکی (با اندازه ذرات میکرونی) از دیرباز در صنعت سرامیک مرسوم بوده است. اخیرا با توسعه صنعت تهیه ی جوهرهای سرامیکی به منظور چاپ دیجیتال بر روی کاشی، رنگدانه مشکی با اندازه ذرات زیر میکرون مطرح شده است. با تغییر اندازه ذرات، شید رنگی آنها نیز تغییر خواهد کرد. در این پژوهش سنتز رنگدانه مشکی با اندازه ذرات زیر میکرون بر پایه کرومیت کبالت با افزودن منگنز در درصدهای متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. از روش احتراقی برای سنتز این رنگدانه استفاده شده است. از آزمون پراش پرتو ایکس (XRD) برای شناسایی فازها، برای تعیین شکل و اندازه ذرات از میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM ) و برای بررسی ویژگی های رنگی نمونه ها از آزمون رنگ سنجی ( CIELAB) استفاده شد. نتایج بیانگر این بود که مقدار بهینه ی درصد منگنز برای رسیدن به رنگ مشکی مطلوب، حدود 9/0 درصد مولی ساختار میزبان (Mn0.9Co Cr1.1 O4) بود. حضور منگنز سبب تغییر رنگ از محدوده ی سبز به مشکی شد. همچنین پراش اشعه ایکس نمونه ها نشان دهنده ی تشکیل ساختار اسپینلی است. مورفولوژی ذرات به دست آمده نشان می دهد که ذرات در محدوده 200 تا 400 نانومتر با استفاده از روش سنتز احتراقی تشکیل شده اند.
    کلیدواژگان: رنگدانه مشکی، سنتز احتراقی، کرومیت کبالت، اسپینل، جوهر سرامیکی
  • احمدرضا عارف پور *، احمد منشی، ابراهیم کرمیان، اکبر چمی صفحات 43-61
    در این تحقیق هدف سنتز و مشخصه یابی یک پودر قالب بدون فلورین با استفاده از ترکیبات سرامیکی نظیر اکسیدهای تیتانیوم، بور ، روی و سدیم می باشد. بدین منظور در این تحقیق، 12 نمونه پودری با استفاده از ترکیباتی نظیر اکسیدهای تیتانیوم، بور، سیلیسیم ، سدیم، روی ، لیتیم، کلسیم، منیزیم، منگنز، پتاسیم، فلورین و کلینکر سیمان پرتلند تهیه گردید. به منظور مشخصه یابی نمونه های آزمایشگاهی از آزمایش های ویسکومتر شیاری، الگوی پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز حرارتی هم زمان در این تحقیق استفاده گردید. نتایج مطالعات نشان داد که با تشکیل فازهایی نظیر ژلنیت، آکرمانیت، نفلین، پروسکایت، Na2ZnSiO4 و B2SiO5 تشکیل ذرات کریستالی در زمینه شیشه و مطابقت دماهای ذوب و تبلور نمونه بدون فلورین با پودر اصلی، یک پودر قالب بدون فلورین با استفاده از اکسیدهای تیتانیوم، بور، روی و سدیم سنتز و مشخصه یابی گردید. این پودر در مقیاس آزمایشگاهی ساخته شد و دارای گرانروی، تبلور، بسیار مشابهی با پودر اصلی بود. این نمونه از پودر قالب بدون فلورین می تواند جایگزین مناسبی برای پودر قالب اصلی باشد.
    کلیدواژگان: پودر قالب بدون فلورین، گرانروی، دمای ذوب، دمای تبلور، ترکیبات سرامیکی
  • محسن توحیدنژاد، حسین سرپولکی * صفحات 63-71
    هدف تحقیق حاضر، بررسی اثر مقدار نشاسته ی ذرت و دمای زینتر بر ریزساختار، خواص فیزیکی و مکانیکی بدنه های متخلخل آلومینایی تولید شده به روش ریخته گری ژلی می باشد. نمونه های حاوی 5/60، 63 و 5/65% وزنی آلومینا (به ترتیب حاوی 5/7، 5 و 5/2% نشاسته ی ذرت) به مدت 3 ساعت در بال میل آسیا شدند، سپس درون قالب های پلیمری ریخته شده و 2 ساعت در خشک کن با دمای oC86 قرار داده شده تا ژله ای شوند. نمونه های خشک شده به مدت 1 ساعت در دماهای oC1400، 1450 و 1500 زینتر شدند. پس از زینتر در دماهای مختلف، نمونه ها چگالی کلی g.cm-368/1-41/1، تخلخل باز 01/62-92/53% و استحکام فشاری سرد 82/3-98/0مگاپاسکال را نشان دادند. بررسی های فازی نشان می دهند که پیک های به وجود آمده در دمای oC1500 مربوط به فاز α-آلومینا می باشد. هم چنین از لحاظ ریزساختاری، تخلخل های بزرگ ناشی از سوختن نشاسته در نمونه ها مشاهده می شود که به وسیله ی گردنه های کوچکی به یکدیگر متصل شده اند که این موجب به هم پیوستگی تخلخل ها و افزایش گذردهی آن ها می شود.
    کلیدواژگان: آلومینا، ریخته گری ژلی، نشاسته ی ذرت، مواد متخلخل
  • علی رزمجو*، مهری مشهدی صفحات 73-83
    ZrB2 از جمله سرامیک های دما بالا با دمای ذوب بسیار بالای °C 3040 می باشد که خواص منحصر به فردی دارد. از مشکلات عمده ZrB2 زینتر پذیری ضعیف آن است که در این تحقیق با افزودن SiC در ابعاد میکرون و نانومتر، به عنوان فاز ثانویه و B4C به عنوان افزودنی سعی در رفع این مشکل گردید. مطالعات منظمی بر روی زینتر بدون فشار نانوکامپوزیت SiC-ZrB2 صورت پذیرفت. ابتدا به بررسی تغییرات اندازه ذرات در نتیجه زمانهای مختلف آسیاب و بهینه سازی این زمان پرداخته شد. سپس اثر درصدهای مختلف وزنی SiC میکرون و نانو به همراه افزودنی B4C مورد بررسی قرار گرفت. نمونه ها در دماهای oC2050، oC 2100، oC 2150 و oC2200 به روش بدون فشار به مدت یک ساعت، زینتر شدند. نانوکامپوزیت SiC-ZrB2 با 10 درصد وزنی SiC نانو و 3 درصد وزنی B4C دارای سختی میانگین GPa5/0±85/14 و تافنس MPam1/2 8/3 است. در مرحله نهایی نمونه ها در دمای oC 1500 در اتمسفر هوا اکسید گردیدند و شکل ظاهری و تغییرات وزنی آنها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزودن B4C نه تنها برای زینتر پذیری مفید است بلکه برای مقاومت به اکسیداسیون نیز سودمند است.
    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، زینتر بدون فشار، دیبورید زیرکونیوم، B4C، خواص مکانیکی
  • سید مهدی رفیعائی*، محمدرضا شکوهی مهر صفحات 85-92
    در این تحقیق نانو پودر Eu3+ Y2O3: با اندازه تقریبی ذرات nm 50 به روش سنتز احتراقی فرآوری گردید. سپس به منظور حذف مواد آلی باقیمانده و همچنین بهبود شبکه بلوری، این مواد در دماهای 400 ، 800 و °C1000 مورد عملیات حرارتی باز پخت قرار گرفته و سپس اندازه ذرات و شکل نانو ساختارهای سنتز شده با استفاده از میکروسکوپ های الکترونی روبشی و عبوری مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین برای بررسی خواص نوری این مواد یک مشخصه یاب خواص فتو لومینسانس به خدمت گرفته شد. در پژوهش صورت گرفته مشخص گردید که نوع حلال مصرفی و همچنین دمای عملیات حرارتی پس از سنتز احتراقی دارای اثرات قابل توجهی بر روی شکل نانو ساختار و خواص لومینسانس این مواد فسفری می باشند. همچنین مقادیر استوکیومتری واکنش های احتراق مورد نظر بر حسب ظرفیت مواد اکسید کننده و احیا کننده محاسبه گردید.
    کلیدواژگان: سنتز احتراقی، خواص نوری، لومینسانس، نانوساختارها، مواد فسفری
|
  • Alireza Soori * Pages 1-15
    Nanocomposite ceramic-based coatings, due to its high hardness and wear resistance, are improved wear behavior of aluminum and its alloys. In this study, zirconia nanocomposite coating applied on Al 2024 by using sol-gel method and dip coating process with the use of zirconium propoxide and aluminum tri-sec butylate. Then phase, structural and morphology properties of coatings evaluated by using GIXRD, FTIR, FESEM, AFM, as well as nano-mechanical properties of coatings were investigated by using nano-scratch and nano-indentation at two different loads, such as 50 and 60 mN. Results indicated that the formation of a homogeneous, smooth and low cracked ziconia-alumina nanocomposite coating with a thickness of approximately 800 nm. The presence of alumina cause to enhance the mechanical properties such as hardness and elastic modulus to 1.15 and 15 GPa, respectively, resulting in improve the wear behavior of coating with the friction coefficient of 0.51 and dominate the abrasive with shear mechanism.
    Keywords: Zirconia-alumina nanocomposite coating, Al 2024, Sol-gel, Mechanical behavior
  • Arash Fattaholhoseeini * Pages 17-29
    In this paper, the effect of sodium silicate concentration on microstructure and corrosion behavior of ceramic coating on 5052 Al alloy formed by plasma electrolytic oxidation (PEO) was studied. For this purpose, the electrolytes with 6, 12 and 18 g/l sodium silicate were used. The scanning electron microscope (SEM) was used for investigation of surface and cross section of coating. The phase analyzing of substrate and coated sample were conducted by X-ray diffraction pattern (XRD). Corrosion behavior of coated sample and substrate were investigated with electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and potentiodynamic polarization test in 3.5 %wt. sodium chloride corrosive solution. With survey of SEM images was confirmed that, the coated sample with 12 g/l sodium silicate has most uniform and compact structure with finest pores size. Study of XRD pattern illustrated that there are α- Al2O3, γ- Al2O3, mullite (3Al2O3.2SiO2) and Mg2SiO4 phases in coating. Also, result of corrosion tests proved that the coated sample in 12 g/l sodium silicate has highest corrosion resistance. The corrosion resistance of this coated sample was 1588 KΩ.cm2 that was 188 times more than corrosion resistance of 5052 Al alloy substrate.
    Keywords: 5052 Al alloy, Ceramic coatings, Plasma electrolytic oxidation, Corrosion
  • Mahdi Ghahari * Pages 31-41
    Black pigment with micron size has been used for ages in ceramic industry. Recently, black submicron pigments have attracted great interest in ceramic industry due to their particle size. This pigment has been distinguished for preparing of ceramic ink suitable for ink-jet technology. In this research, black sub-micron pigments were synthesized by the combustion method based on cobalt chromite (MnxCoCr2-xO4) with different amount of manganese. The all samples were calcinated at 1000 ◦C. Samples were characterized by X-ray diffraction, colorimetry, scanning electron microscopy. The results showed that the optimum amount of manganese was 0.9%mol. In the presence of Manganese as dopant the color of pigment will change from to black. The morphology of the particles indicating that particles were synthesized in sun-micron range mainly 200-400 nm by combustion method.
    Keywords: Black pigment, Combustion synthesis, Cobalt chromite, Spinel, Ceramic ink
  • Ahmadreza Arefpuor * Pages 43-61
    In this research, the aim is the synthesis and characterization of a free-CaF2 mold powder via Ceramics Compounds such as TiO2, B2O3, ZnO and Na2O. For this purpose, in this research, 12 powder samples were prepared using compounds such as TiO2, B2O3, SiO2, Na2O, ZnO, Li2O, CaO, MgO, MnO, K2O, CaF2 and Portland Cement Clinker. To characterize laboratory samples, groove viscometer test, XRD, SEM and STA analyses were used. Results showed that with the formation of phases such as gehlenite, akermanite, nepheline, provskite, Na2ZnSiO4 and B2SiO5, the formation of crystalline particles in glass matrix, conformity crystallization and melting temperatures of the free-CaF2 sample with crystallization, and melting temperatures of original mold powder, a free-CaF2 mold powder was synthesized and characterized via TiO2, B2O3, ZnO and Na2O. This powder was developed in laboratory scale, and the viscosity and the crystallization of the powder was the same as those of the original powder. This sample of mold powder can be a suitable replacement for the original powder.
    Keywords: Free-CaF2 Mold Powder, Viscosity, Crystallization, Melting Temperatures, Ceramics Compounds
  • Hosein Sarpoolaki * Pages 63-71
    The aim of this research is to study the influence of starch content and sintering temperature on microstructure, physical and mechanical properties of porous alumina bodies prepared by gel casting. Samples with 60.5, 63 and 65.5 wt% alumina and 7.5, 5 and 2.5 wt% corn starch, respectively, were ball milled 3 hours, casted into the molds and heated into drier (86 oC, 2 h) to gelatinization process. The dried samples were sintered 1h at 1400, 1450 and 1500 oC. After sintering, the samples properties were reported: bulk density 1.41-1.68 g.cm-3, open porosity 53.92-62.01% and Cold Crushing Strength (CCS) 0.98-3.82 MPa. Phase Analysis of the samples in 1500oC showed the peaks of α-alumina phase Also, Microstructural evaluation showed large pores remaining connected by small necks after starch burning out which caused interconnecting porosities and permeability increase.
    Keywords: alumina, gel casting, corn starch, porous materials
  • Ali Razmjoo * Pages 73-83
    ZrB2 is a ultra-high temperature ceramic (UHTCs) with a high melting point of over 3040 ° C with unique properties. Of the major problems with ZrB2 is its weakness of sinterability, that in this study adding SiC in micron and nano as a secondary phase and B4C as an additive tried to overcome this problem. Systematic studies were performed on the pressureless sintering of ZrB2–SiC nanocomposites. At first changes in particle size were investigated as a result of different milling times and optimization of this time. Then the effect of different weights of SiC micron and nano with addition of B4C was investigated. Samples were pressurelessly sintered at 2050 ° C, 2100 ° C, 2150 ° C and 2200 ° C for one hour. ZrB2–SiC nanocomposites with 10%wt nano SiC and 3%wt B4C have an average hardness of 14.85± 0.5 GPa and toughness around 3.8 MPam1/2. At the final stage, the samples were oxidized at 1500 ºC in the air atmosphere and appearance and weight variations were investigated. The results showed that the addition of B4C is not only useful for sintering but also useful for oxidation resistance.
    Keywords: nanocomposites- pressureless sintering, ZrB2, B4C, mechanical properties
  • Mehdi Rafieiyan * Pages 85-92
    In this investigation Y2O3:Eu3 nano powders were synthesized via combustion method with the approximate size of 50 nm. Then in order to remove the remained organic materials and also improve the crystal structure, the products were heat treated at 400, 800 and 1000 °C. The size and morphology of synthesized nano structures were studied by scanning and transmission electron microscopes. Also, to study the optical properties, a photoluminescence analyzer (PL) machine was employed. In this research, it was found that the type of solvent and the temperature of post heat treatment have significant effects on the morphology and luminescence properties of phosphors. Also, the stoichiometric values of the considered combustion reactions were calculated in the terms of valences of oxidizers and reducers.
    Keywords: Combustion Synthesis, Optical Properties, Luminescence, Nano Structure, Phosphor Materials