اثر افزودن نانو TiC بر Si3 N4 براي تهيه سراميك قابل ماشين كاري تخليه الكتريكي (EDM)

كارشناسي ارشد

كاربيد تيتانيوم به دليل سختي و نقطه ذوب بالا، دانسيته پايين و هدايت الكتريكي بالا، گزينه مناسبي براي تهيه كامپوزيت¬هاي زمينه نيتريد سيليسيم معرفي شده است. نانو پودر كاربيد تيتانوم با روش سل ژل با استفاده از تترا بوتيل اورتو تيتانات به عنوان منبع تيتانيوم و ساكارز به عنوان منبع كربن سنتز شد. فرايند سل ژل به وسيله اتيل استو استات كنترل شد. سل زرد رنگ به مدت 24 ساعت در اتمسفر هوا روي هم¬زن مغناطيسي قرار گرفت تا ژل حاصل شود. سپس ژل در خشك¬كن (℃ 110 به مدت 2 ساعت در اتمسفر هوا) قرار گرفت. براي بررسي پيوندهاي موجود در ژل خشك شده طيف مادون قرمز تهيه شد. سپس ژل حاصل، در اتمسفر هوا كلسينه شد تا نانو پودر تتراگونال آناتاز به همراه كربن آمورف حاصل شود. با عمليات حرارتي ژل حاوي آناتاز و كربن آمورف در ℃ 1400-1000 به مدت 2 ساعت در اتمسفر آرگون+ %25 هيدروژن، با افزايش دما، به ترتيب فازهاي مياني (〖Ti〗_2 O_3، 〖Ti〗_3 O_5، 〖Ti〗_4 O_7)، فاز اكسي كاربيد تيتانيوم (〖TiC〗_x O_y) و در نهايت كاربيد تيتانيوم بدست آمد. بررسي¬هاي ريزساختاري روي نانو پودر حاصل انجام شد كه ذرات تقريباً يكنواخت با اندازه ذرات تقريبي 40 نانومتر را نشان داد. همچنين آناليز پراكندگي ديناميكي نور براي بررسي ميانگين توزيع اندازه نانو ذرات انجام شد. با بررسي فازي نانو پودر حاصل، تنها وجود پيك¬هاي كاربيد تيتانيوم مشاهده شد. به منظور انجام ماشين¬كاري تخليه الكتريكي بدنه¬هاي نيتريد سيليسيمي، نانو پودر كاربيد تيتانيوم حاصل با مقادير 15، 25 و 35 درصد حجمي به زمينه 〖Si〗_3 N_4 افزوده شد. از اكسيد آلومينيوم و اكسيد ايتريم به عنوان كمك زينتر استفاده شد. زينتر نمونه¬ها در دماي ℃ 1700 با زمان نگه¬داري 20 دقيقه در خلأ به روش زينتر پلاسماي جرقه¬اي انجام شد. بيشترين مقدار دانسيته براي نمونه حاوي 35 درصد حجمي TiC به دست آمد. اين نمونه همچنين داراي كمترين مقدار مقاومت الكتريكي بود. اين نمونه همچنين داراي بيشترين مقدار استحكام خمشي بود. با افزايش درصد حجمي TiC از 15 به 35، استحكام خمشي از MPa710 بهMPa 870، ميكرو سختي از GPa5/17 به GPa5/19 و دانسيته نسبي نمونه¬ها از 98 به 45/99 درصد دانسيته تئوري افزايش يافت. اما چقرمگي شكست نمونه¬ها با افزايش درصد حجمي TiC از 15 به 35، تقريباً بدون تغيير بود، ولي نسبت به چقرمگي شكست بدنه¬هاي نيتريد سيليسيم افزايش يافت. عمليات ماشين¬كاري به روش تخليه الكتريكي با موفقيت بر روي نمونه بهينه (35 درصد حجمي TiC) انجام شد. واژه‌هاي كليدي: كاربيد تيتانيوم، روش سل ژل، نيتريداسيون كربوترمال، نيتريد سيليسيم، ماشين¬كاري تخليه الكتريكي، هدايت الكتريكي.

189783

دانشگاه علم و صنعت ايران

سراميك

دكتر فرهاد گلستاني فرد- دكتر سيد محمد ميركاظمي