تاثیر اندازه ذرات tio2 در ابعاد نانومتری تا میکرومتری بر تولید کامپوزیت al2o3-tic به روش سنتز احتراقی
چکیده
کامپوزیت al2o3-tic به دلیل برخورداری از ویژگی هایی همچون سختی، پایداری شیمیایی و حرارتی، استحکام و... کاربرد گسترده ای در تولید ابزار برشی و پوشش های مقاوم به سایش دارد. با توجه به اهمیت این کامپوزیت و لزوم تولید ارزان قیمت و مقرون به صرفه ی آن وکاهش مصرف انرژی، در تحقیق حاضر روش سنتز احتراقی به منظور تولید این کامپوزیت از مواد اولیه ی tio2/c/al انتخاب شده است. چرا که برای آغاز فرآیند سنتز احتراقی، کافیست واکنش دهنده ها توسط یک منبع حرارت دهی اولیه به دمای معینی که دمای اشتعال نامیده می شود، برسند، پس از آن در اثر آزاد شدن گرمای نهان موادواکنش دهنده، واکنش به صورت خود پیش رونده ادامه خواهد یافت. منبع حرارت دهی اولیه ی این تحقیق مایکروویو می باشد که به دلایل مزایایی همچون عدم آلودگی محیط، حرارت دهی سریع و... برگزیده شده است. تاثیر چهار پارامتر کنترل کننده ی زمان آسیاکاری، وجود عامل رقیق کننده و چگالی خام در سه سطح و توان مایکروویو در دو سطح، بر شرایط احتراق و اندازه ی کریستالیت های این کامپوزیت در دو حالت استفاده از پودر tio2 در ابعاد میکرومتری و نانومتری به عنوان یکی از مواد اولیه، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین بررسی امکان تولید نانوکامپوزیت و یا کامپوزیت نانوساختار al2o3-tic با شرایط تعریف شده برای این تحقیق از دیگر موارد مورد توجه بوده است. برای انجام آزمایشات و تعیین بهترین سطح از هر پارامتر و نیز میزان تاثیر گذاری هر یک از پارامترها بر شرایط احتراق و اندازه ی بلورهای al2o3 و tic از روش تاگوچی با ماتریس متعامد l9 بهره گرفته شده است. به منظور تشخیص فازهای تولید شده و محاسبه ی اندازه ی بلورها از پراش اشعه ی x استفاده شد. الگوهای پراش، وجود فازهای al2o3 و tic را در تمامی نمونه ها تایید نمودند. مناسب ترین سطح از هر پارامتر کنترل کننده و شرایط بهینه برای رسیدن به بهترین حالت یا مقدار هریک از چهار عامل زمان اشتعال، دمای احتراق و اندازه ی بلورهای al2o3 وtic پیش بینی شده و به وسیله ی نمونه های شاهد، مورد تایید قرار گرفتند. با جایگزینی پودر tio2 میکرونی توسط tio2 نانوئی، سنتز نمونه ها در زمان های کمتر و دماهای بالاتری صورت گرفته و اندازه ی بلورهای فازهای al2o3 و tic نیز کاهش یافتند. بطوریکه اندازه ی بلورهای tic و al2o3 که در تولید آنها از tio2 میکرونی استفاده شده به ترتیب حدود 87/9-46/6 و 208/8-63/8 نانومتر و بلورهایی که در تولیدآنها از tio2 نانو استفاده شده به ترتیب 68/7-38/2 و 99/5-54/4 نانومتر می باشند. میزان شرکت هر یک از پارامترها در رفتار احتراق و اندازه ی بلورهای کامپوزیت توسط آنالیز واریانس تعیین گردید، بدین ترتیب که آسیا کاری بیشترین تاثیر را بر زمان اشتعال و اندازه ی بلورهای tic، و آلومینیوم اضافی بیشترین تاثیر را بر دمای احتراق و اندازه ی بلورهای al2o3 داشتند، و در تمامی نمونه ها، کمترین اثر مربوط به توان مایکروویو بود. همچنین این نتیجه حاصل شد که در صورت استفاده از پودر tio2 نانومتری در مواد اولیه، کامپوزیت تولید شده نانوساختار می باشد.