فهرست مطالب

علم و مهندسی سرامیک - سال یازدهم شماره 3 (پیاپی 42، پاییز 1401)

نشریه علم و مهندسی سرامیک
سال یازدهم شماره 3 (پیاپی 42، پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1402/03/03
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حمدالله صالحی*، فاطمه اسدی صفحات 1-15

    در این کار ویژگی های اپتیکی و مغناطیسی ترکیبات UY2 (Y=Ga,Ge) در فازهای هگزاگونال و اورتورومبیک بررسی می شود. محاسبات با استفاده از روش شبه پتانسیل های بار پایسته و فوق نرم در چارچوب نظریه تابعی چگالی و با استفاده از کد pwscf انجام شده است. تابعی تبادلی- همبستگی آن از نوع GGA.PBE و LDA می باشد. سهم موهومی تابع دی الکتریک نشان دهنده مطابقت گاف صفر با ساختار نواری است. در محاسبه گشتاور کل، اتم اورانیوم بیشترین سهم را در هر دو ترکیب دارد. سهم اتم های گالیم و ژرمانیوم بسیار ناچیز است.نتایج به دست آمده سازگاری خوبی با دیگر نتایج موجود دارند.

    کلیدواژگان: نظریه تابعی چگالی، UGa2، UGe2، شبه پتانسیل، تابع دی الکتریک
  • امید خانعلی*، مهری مشهدی صفحات 16-40

    بوریدها، کاربیدها و نیتریدهای سرامیکی با داشتن نقطه ذوب بالا، مقاومت نسبتا خوب در برابر اکسیداسیون و محیط های خورنده مورد توجه بسیاری از محققان در صنعت های مختلف دما بالا هستند که این خانواده از مواد به سرامیک های فوق دما بالا [1] (UHTC) شناخته می شوند. همه UHTC ها پیوند بسیار قوی دارند که به آنها پایداری ساختاری در دماهای بالارا  می دهد و در بین آنها ترکیبات دیبورایدی بالاترین درجه مقاومت در برابر اکسیداسیون را ارایه می دهند که در مقایسه با کاربیدها و نیتریدها، دی بوریدها دارای رسانایی حرارتی بالایی هستند و مقاومت آنها در برابر شوک حرارتی افزایش می دهد. مطالعات بیشتر برروی دیبورایدی ها بخصوص دی بوراید زیرکونیوم (ZrB2) به عنوان امیدوار کننده ترین کاندید برای استفاده در کاربردهای دمای بالا انتخاب شد. در مقاله مروری حاضر به خواص مکانیکی و حرارتی آنها به خصوص ZrB2  پرداخته می شود و همچنین اثر افزودنی مانند SiC برای بهبود خواص مکانیکی یا حرارتی و/یا بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون در محیط های شدید در دماهای بالاتر از 2000 درجه سانتیگراد متمرکز شده است.

    کلیدواژگان: سرامیک های فوق دمابالا UHTC، بوریدها، ZrB2، HfB2
  • افشین امیری مقدم*، سید رضا شجاع رضوی، حسن عباس زاده، حامد نادری صفحات 41-54

    سرمت های WC-Co جزو مواد پیشرفته ی مهندسی هستند که به دلیل خواص ویژه مانند مقاومت به سایش و سختی بالا مورد توجه قرار دارند. هدف از این تحقیق تعیین مقدار بهینه ی کربن در مواد اولیه و تولید صنعتی پودر سرمت WC-8Co از اکسیدهای فلزی WO3، Co3O4 و کربن فعال به روش احیای کربوترمیک جامد بصورت درجا و تحت اتمسفر گاز هیدروژن است. چالش اصلی در این حالت، شکل گیری ناقص کاربید تنگستن و باقی ماندن تنگستن بصورت آزاد در مخلوط مواد است که این موضوع به کمبود کربن در ترکیب مواد اولیه و نیاز به بیشتر وارد کردن کربن، در مقایسه با مقدار استوکیومتری آن مرتبط می باشد. بنابر این لازم است مقدار کربن بصورت تجربی تغییر داده شود. به این منظور مواد اولیه در 5 نسبت مختلف با مقادیر متفاوت از کربن فعال به عنوان متغیر اصلی در یک میکسر به مدت 3 ساعت همگن سازی شدند. سپس نمونه های پودری مورد عملیات درجای احیای کربوترمیک در دمای oC1200، به مدت زمان نگهداری 3 ساعت، سرعت گرمایش oC.min−¹10 و تحت اتمسفر هیدروژن با فشار 1 اتمسفر قرار گرفتند. طبق نتایج مطالعات فازی و آنالیز عنصری اشعه ی ایکس و بررسی های ریزساختاری میکروسکوپ الکترونی نمونه با ترکیب (90/108 گرم WO3، 90/10 گرم Co3O4 و 62/58 گرم C) بهترین شرایط را از نظر فازهای بدست آمده نشان می دهد و اتسفر هیدروژن اعمال شده در کوره هم به عنوان عامل تسهیل کننده فرآیند احیا و هم به عنوان لایه ی محافظ در مقابل اکسیداسیون مجدد محصولات عمل می کند. در این حالت فاز اکثریت کاربید تنگستن بوده که در کنار مقادیر جزیی کبالت به عنوان فاز چسب قرار گرفته است. به طوری که نتایج حاصل از تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز این موضوع را تایید می نماید و میانگین عدد اندازه ی ذرات کامپوزیتی در این حالت حدودا 100 میکرون می باشد.

    کلیدواژگان: سرمت WC-Co، احیای درجای کربوترمیک، آنالیزفازی، آنالیز ریزساختاری، آنالیز ترمودینامیکی
  • شقایق شعبانی، سید محمد میرکاظمی*، حمیدرضا رضایی، یاسر وحیدشاد صفحات 55-66

    گرانول های گاما آلومینای مزومتخلخل که یکی از پرکاربردترین مواد به عنوان پایه کاتالیست به شمار می روند به روش سل ژل- قطره در روغن به صورت کروی با قطر mm 1-2 سنتز شدند و جهت بررسی تاثیر دمای کلسینه کردن، در دماهای 450 و °C 750 کلسینه شدند. همچنین عملکرد کاتالیست 20 درصد وزنی ایریدیم روی گرانول های آلومینا به منظور تجزیه هیدرازین بررسی شد.  نتایج پراش پرتو ایکس (XRD) وجود فاز گاما آلومینا به عنوان تنها فاز موجود در گرانول ها تا دمای °C 750 را نشان داد. با استفاده از آنالیز جذب و واجذب نیتروژن سطح ویژه گرانول ها پس از کلسینه کردن در دمای 450 و °C 750 به ترتیب برابر 05/303 و m2/g 227 تعیین شد. ریزساختار و مورفولوژی گرانول های حاصل توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح بالا (HR-TEM) بررسی گردید و عملکرد گرانول های گاما آلومینا برای تجزیه هیدرازین به عنوان پایه کاتالیست ایریدیم بررسی گردید و مشاهده شد که پایه کاتالیست گاما آلومینای کلسینه شده در دمای °C 750 در حین آزمون تجزیه، با کمترین میزان خرد شدگی (7%)، گزینش پذیری به هیدروژن 22% و سرعت واکنش h-1 235 داشت.

    کلیدواژگان: گاما آلومینا، پایه کاتالیست، گرانول مزومتخلخل، سل ژل-قطره در روغن
  • سید محسن سیدعاشور*، حسین سرپولکی صفحات 67-79

    سیمان های فسفات منیزیم (MPC) توسعه یافته ترین نوع از سرامیک های با اتصال شیمیایی هستند که از طریق واکنش اکسید منیزیم با انواع نمک های فسفاتی محلول در آب تشکیل می شوند. لذا بررسی انواع سیستم های سیمان فسفات منیزیم با توجه به نوع عامل فسفاتی استفاده شده امری مهم تلقی می شود. در این پژوهش اثر سه نوع نمک مونوآمونیم فسفات (MAP)، دی آمونیم فسفات (DAP) و سدیم دی هیدروژن فسفات (MSP) بر خواص خمیر سیمان فسفات منیزیم شامل زمان گیرش، جریان یابی، دانسیته، تخلخل و pH بررسی شده است. نوع و مقدار فازهای هیدراته و نحوه دی هیدارته شدن سیمان نیز توسط آنالیز فازی (XRD) و آنالیز حرارتی همزمان (STA) مشخص شده است. نتایج بدست آمده نشان دادند که زمان گیرش و جریان یابی سیمان حاوی دی آمونیم فسفات نسبت به دو نوع دیگر بیشتر است. علاوه بر این نتایج حاصل از XRD بیانگر این بود که نوع فاز هیدراته برای نمک های فسفات آمونیم یکسان است در حالیکه استفاده از مونوسدیم فسفات بر خلاف دو عامل فسفاتی دیگر، منجر به تشکیل فاز هیدراته بلوری نخواهد شد.

    کلیدواژگان: منیزیا، سیمان فسفات منیزیم، استروویت، هیدراته شدن
  • فاطمه میرجلیلی*، مهسا فخار پور، عمید ملاحسن پور صفحات 80-93

    در این تحقیق، نانو ذرات رس مونت موری لونیت با استفاده از روش مکانیکی تولید گردید و اثر درصدهای مختلف سورفکتانت تترا ان بوتیل آمونیم کلراید و ماده اصلاح کننده بوتیل آمونیم کلراید  بر روی آن انجام گرفت. خواص ریزساختاری و مورفولوژی نانو ذرات رس مونت موریلونیت در حضور و عدم حضور سورفکتانت و همچنین ماده اصلاح کننده سطحی با استفاده از روش های نوین شناسایی مواد شامل XRD, FTIR, FESEM, ZETA POTENTIAL مورد بررسی قرار گرفت. نتایج XRD فازهای مونت موریلونیت و کواتز را در همه نمونه ها نشان داد که با نتایج FTIR مطابقت دارد. نتایج میکروسکوپ الکترونی نشان داد با افزایش سورفکتانت،  درصد چسبیده شدن ذرات کمتر شده و اندازه ذرات در محدوده 10 تا 30 نانومتر می باشند. نتایج تست پتانسیل زتا و مقایسه آن، حاکی از اصلاح سطح خوب نانو مونت موریلونیت است و با افزایش ماده اصلاح کننده مقدار بار افزایش یافته و پتانسیل مثبت تر می شود.

    کلیدواژگان: مونت موریلونیت، نانو رس، سورفکتانت، اصلاح کننده سطح
  • محمدامین حیدری*، حمید کریمی، حسین بنا متجدد امروز صفحات 94-109

    تاکنون کلیه نانوذرات مزومتخلخل سولفید روی درمحیط حلال سنتز شده اند. در این مقاله ، از سیکلوهگزان به عنوان اولین محیط غیر حلال سنتز جهت انجام واکنش بین پیش ماده های روی یعنی کلرید روی (ZnCl2) و نیترات روی 6 آبه (Zn (NO3) 2.6H2O) و پیش ماده های گوگرد یعنی تیواستامید (C2H5NS)، تیواوره (C2H4N2S) و سولفید سدیم 5 آبه (Na2S.5H2O)، با استفاده و بدون استفاده از دودسیل آمین، به عنوان عامل هدایت کننده ساختاری استفاده شده است. برای تجزیه و تحلیل ویژگی ها و مشخصه های مورفولوژیکی محصولات به دست آمده از آنالیزهای مختلفی چون پراش پرتواشعه ایکس، جذب و واجذب نیتروژن و همچنین از میکروسکوپ الکترونی عبوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان بهره گرفته شده است. نتایج پراش اشعه ایکس اثبات کننده انجام موفق فرآیند سنتز در محیط غیر حلال سیکلوهگزان می باشد.  نتایج حاصل از هم دماهای جذب و واجذب نیتروژن نشان می دهند که مواد سنتز شده با استفاده از پیش ماده های متنوع دارای اندازه حفرات و سطح ویژه متفاوت می باشند. بیشترین سطح ویژه قابل دست یابی با روش پیشنهادی، دارای سطح ویژه  m2.g-195/190 بوده است که با کمک پیش ماده نیترات روی 6 آبه (Zn (NO3) 2.6H2O) و پیش ماده سولفید سدیم 5 آبه (Na2S.5H2O)، بدست آمده است. بررسی مکانیزم امکان سنتز سولفید روی مزومتخلخل در محیط غیر حلال را امکان پذیر نشان می دهد.

    کلیدواژگان: سولفید روی مزومتخلخل، سونوشیمی، دودسیل آمین، مزومتخلخل
|
  • Hamdollah Salehi*, Fatemeh Asadi Pages 1-15

    In this study, the optical and magnetic properties of compounds in hexagonal and orthorhombic phases are investigated. The calculations have been carried out in the framework of the functional density theory with various approximations such as local density approximation, Generalized gradient approximation with the pseudopotential and stationary load method, and using the quantum-espresso computational code. In this study, the optical and magnetic properties are calculated and the results obtained Compare with other available data. The dynamic contribution of the dielectric function indicates that the gap is zero with the strip structure. In calculating the total torque, the uranium atom has the highest share in both combinations. The share of gallium and germanium atoms is negligible.

    Keywords: density functional theory, optical properties, UGa2, UGe2
  • OMID KHANALI* Pages 16-40

    Ceramic borides, carbides and nitrides with high melting point, relatively good resistance to oxidation and corrosive environments are considered by many researchers in various high temperature industries, which is known from the family of materials as high temperature ceramic (UHTC). To be. All UHTCs have very strong bonds that give them structural stability at high temperatures, and among them diboride compounds offer the highest degree of oxidation resistance, which compared to carbides and nitrides, diborides have high thermal conductivity and their strength Increases against heat shock. Further studies on diborides, especially zirconium diboride (ZrB2), were selected as the most promising candidate for use in high temperature applications. This review article discusses their mechanical and thermal properties, especially ZrB2, and also focuses on the effect of additives such as SiC to improve mechanical or thermal properties and / or to improve oxidation resistance in harsh environments at temperatures above 2000 ° C.

    Keywords: Ultra High Temperature Ceramics, borides, ZrB2, HfB2
  • Afshin Amiri Moghaddam*, Seyed Reza Shoja Razavi, Hasan Abas Zade, Hamed Naderi Pages 41-54

    WC-Co cermets are among the advanced engineering materials that are considered for their special properties such as abrasion resistance and high hardness. The aim of this study was to determine the optimal amount of carbon in raw materials and industrial production of WC-8Co cermet powder from metal oxides WO3, Co3O4 and activated carbon by solid carbothermic reduction method in situ and under a hydrogen gas atmosphere. The main challenge in this case is the incomplete formation of tungsten carbide and the fact that tungsten remains free in the mixture of materials, which is related to the lack of carbon in the composition of raw materials and the need to add more carbon compared to its stoichiometric amount. Therefore, it is necessary to change the amount of carbon experimentally. For this purpose, the raw materials were homogenized in 5 different ratios with different amounts of activated carbon as the main variable in a mixer for 3 hours. The powder samples were then subjected to carbothermic reduction at 1200oC for 3 h at a heating rate of 10 oC.min⁻¹ and subjected to a hydrogen atmosphere at a pressure of 1 atmosphere. According to the results of phase studies and X-ray dispersion spectroscopy and microstructural studies of the sample electron microscope with the combination (10.108gr WO3, 10.90gr Co3O4 and 58.62gr C) show the best conditions in terms of the obtained phases. The hydrogen atmosphere applied in the furnace acts both as a facilitator of the reduction process and as a protective layer against re-oxidation of the products.In this case, the majority phase is tungsten carbide, which is placed next to small amounts of cobalt as the adhesive phase. So that the results of scanning electron microscope image also confirm this and the average number of composite particles in this case is about 100 microns.

    Keywords: WC-Co cermet, Carbothermic in situ reduction, Phase analysis, Microstructural analysis, Thermodynamic analysis
  • Shaghayegh Shabani, Seyed Mohammad Mirkazemi*, HamidReza Rezaie, Yaser Vahidshad Pages 55-66

    Mesoporous gamma-alumina granules, which are known as a common catalyst support in industrial applications were synthesized via the sol gel-oil drop method having a diameter of 1-2 mm. The effect of calcination temperature (450 and 750 °C) on the properties of gamma alumina granules were studied and the functionality of 20 wt% iridium catalyst on the alumina granules for hydrazine decomposition was evaluated. The presence of gamma-alumina as the only constituent phase up to 750 °C was revealed by XRD analysis. According to N2 adsorption-desorption analysis, the specific surface area of gamma alumina granules calcined at 450 and 750 °C was 303.05 and 227 m2/g, respectively. HR-TEM analysis was used to investigate the granules’ morphology, and the capability of the granules as a support for iridium catalyst was evaluated during the hydrazine decomposition test. Using alumina granules calcined at 750 °C as the catalyst support, the hydrogen selectivity reached 22% and the decomposition rate was 235 h-1, and the granules’ crushing level was as low as 7% during the test, indicating that the granules have an acceptable surface area, pores diameter, and interconnectivity.

    Keywords: γ-Al2O3, catalyst support, Mesoporous granules, Sol gel-oil drop
  • Seyed Mohsen Seyedashour*, Hossein Sarpoolay Pages 67-79

    Magnesium phosphate cements (MPC) are the most developed kind of chemically bonded ceramics which form through the reaction of magnesium oxide and soluble phosphate salts. Therefore, study of different magnesium phosphate cement systems is considered important according to the type of phosphate agent used. In this study, effect of mono-ammonium phosphate (MAP), di-ammonium phosphate (DAP), and sodium dihydrogen phosphate (MSP) on the properties of magnesium phosphate cement paste including setting time, flowability, bulk density, apparent porosity, and pH were investigated. The type and amount of hydrated phases and how the cement is dehydrated are also determined by phase analysis (XRD) and Simultaneous thermal analysis (STA). The results showed that the setting time and flowability of cement containing di-ammonium phosphate is higher than the other two types. In addition, the XRD results indicated that the type of hydrated phase was the same for ammonium phosphate salts, while the use of monosodium phosphate would not lead to the formation of a crystalline hydrated phase.

    Keywords: Magnesia, Magnesium phosphate cement, Struvite, Hydration
  • Fatemeh Mirjalili*, Mahsa Fakharpour, Amid Mollahasanpour Pages 80-93

    In this research, Montmorillonite clay nanoparticles were produced using mechanical methods and the effect of different percentages of tetra n-butyl ammonium chloride (TNBAC) as a surfactant and butyl ammonium chloride as a modifier (TNBAC) was performed. The microstructural and morphological properties of montmorillonite clay nanoparticles in the presence and absence of surfactant as well as surface modifier were investigated using modern identifying materials methods including XRD, FTIR, FESEM, ZETA POTENTIAL. XRD results show that, the montmorillonite and quartz phases in all samples, which was consistent with the FTIR results. The results of electron microscopy show that, with increasing surfactant the agglomeration was decreased and the range of particle size was about 10 to 30 nm. The results of zeta potential test and its comparison indicated a good modification of the surface of nano-montmorillonite and with increasing the modifier, the amount of charge increased and the zeta potential become more positive.

    Keywords: Montmorillonite, Nano-clay, Surfactant, Surface modifier
  • MohammadAmin Heidari*, Hamid Karimi, Hosein Banna Motejadded Emrooz Pages 94-109

    So far, nanoparticles of porous zinc sulfide have been synthesized in solvent mediums. Cyclohexane was used as the first insoluble medium for the reaction between zinc precursors, zinc chloride (ZnCl2) and zinc nitrate (Zn (NO3), 2.6H2O), and sulfur precursors, thioacetamide (C2H5NS), thiourea (C2H5NS) and Na2S.5H2O. Dodecyl amine has been used as the structural guiding agent. Various analyzes such as X-ray diffraction, nitrogen uptake and desorption, as well as transmission electron microscopy and field emission scanning electron microscopy have been used to analyze the morphological features and characteristics of the obtained products. The results of X-ray diffraction prove the successful synthesis process in the non-solvent cyclohexane medium. The results of nitrogen adsorption-desorption isotherms show that the synthesized materials using different precursors have different pore sizes and specific surface area. The highest specific surface area of about 190 m2g-1 was obtained by the proposed synthesis procedure. The synthesis and porosity formation mechanism of the mesoporous ZnS particles has also been discussed and it was demostrated that the insoluble by-product has the main role in the porosity induction in the structure.

    Keywords: Mesoporous ZnS, Sonochemistry, Dodecyl amine, Mesoporous