پایان نامه سنتز و ارزیابی خواص بدنه های بر پایه تیالیت

تعداد صفحات: 133 فرمت فایل: word کد فایل: 1000189
سال: 1388 مقطع: کارشناسی دسته بندی: پایان نامه مهندسی مکانیک
قیمت قدیم:۱۹,۹۰۰ تومان
قیمت: ۱۷,۸۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه سنتز و ارزیابی خواص بدنه های بر پایه تیالیت

    مهندسی مواد –سرامیک

    پایان نامه جهت دریافت مدرک کارشناسی 

    1) مقدمه

    تیالیت  (AL2Tio5) ماده سرامیکی است که بوسیله واکنش حالت جامد ترکیب هم مولار   Tio2و AL2O3  در محدوده دمایی   1400-1360 درجه سانتی گراد تشکیل می شود و تا بالای نقطه ذوبش (1860c)  پایدار می ماند سرامیکهای بر پایه تیالیت ویژگیهای خارق العاده ای دارند که آنها را برای کاربردهای مدرن به ویژه صنعت اتوموتیو مناسب می سازد . تیالیت به دلیل شوک پذیری عالی و ضریب انبساط حرارتی خیلی پایین مورد استفاده در کاربردهای دما بالا است . با این همه به دلیل دو عیبی که دارد کاربردهای صنعتی آن محدود شده است .یکی از این معایب تجزیه حرارتی تیالیت به کوراندم و روتایل در محدوده دمایی 1280-800 درجه سانتیگراد بوده و دیگری استحکام شکست خیلی پایین تیالیت که ناشی از توسعه میکروترکهای گسترده در حین سرمایش از زینترینگ تا دمای اتاق است . اکسیدهایی از قبیلZrTio4,Fe2o3,Zro2,Mgo و مولایت جهت کنترل تجزیه تیالیت افزوده می شوند در میان این پایدارسازهاMgo و Fe2o3 میزان بالایی از پایداری فازی را در شرایط بحرانی ارائه می دهند مقاومت مکانیکی پایین با ساخت کامپوزیتهای تیالیت – زیرکونیا و کامپوزیتهای تیالیت – مولایت که با افزودن کائولن تهیه می شود افزایش داده می شود جدیدترین روش سنتز تیالیت از طریق فرایند سل – ژل صورت می گیرد که به تولید ذرات نانوی تیالیت منجر می گردد.

     

    1 . 2 ) ساختار کریستالی تیالیت

       ساختار کریستالی تیالیت با ساختار مینرال پزودوبروکیت ()ایزوموروف است و در گروه فضایی اوروتورومبیک متبلور می شود و ثوابت شبکه آن به صورت زیر است :

    a = 3/591 A , b = 9/429 A , c = 9/636 A                                                                                   

    در این ساختار هر کاتیون  بوسیله شش یون اکسیژن محاصره شده و هشت وجهی اعوجاج یافته اکسیژنی تشکیل می شود[15]. هشت وجهی 6Tio یا6ALo زنجیرهای دو جهته (001)را تشکیل   می دهند که به طور ضعیف با اشتراک لبه ها به یکدیگر متصل می شوند[10].

    تیالیت به دو فرم آلوتروپی وجود دارد. 5Tio2AL - فاز دما پایین و 5Tio2AL -فاز دما بالا بوده و دمای تبدیل این دو فرم c 1820 است[13].

    1 .3 ) ویژگی های تیالیت

       تیالیت (5Tio2AL ) یک ماده دیرگداز با ضریب انبساط حرارتی خیلی پایین (کمتر از سیلیس گداخته) است، که پیامد آن مقاومت به شوک حرارتی عالی بوده و این مزیت عمده تیالیت است. به علاوه، این ماده هدایت حرارتی خیلی پایین، حدوداً 5/1 و نقطه ذوب بالا، حدود c 1860 دارد. مقاومت شیمیایی خوب، عایق حرارتی و مقاومت الکتریکی بالا از دیگر ویژگی های تیالیت است[1-3].

    1 . 3 . 1 ) انیزوتروپی حرارتی تیالیت و پدیده میکروترک خوردگی

       ساختار کریستالی تیالیت موجب انیزوتروپی حرارتی شدید می شود که سیستم پیچیده ای از تنشهای درونی موضعی را در طی سرمایش ازدمای زینترینگ ایجاد می کند. این تنشهای متجاوز از استحکام شکست ذاتی ماده، منجر به میکروترک خوردگی شدید می شود. میکروترک خوردگی دلیل ضعف مکانیکی تیالیت و همچنین ضریب انبساط حرارتی پایین آن است. به عبارتی دیگر، میکروترکها هدایت حرارتی پایین و شوک پذیری عالی را موجب می شوند[4],[15]. ضرایب انبساط حرارتی در امتداد جهات اصلی کریستالوگرافی دارای مقادیر زیر است[11] :

                                                     1 - k6-10× 4/1- = c و 1-k 6-10×6/20 = bو 1-k 6-10× 8/9 =   a

    پدیده میکروترک مرتبط با ریز ساختار ماده است. در زیر اندازه دانه بحرانی که در محدوده 2-1 میکرومتر است، انرژی الاستیک سیستم برای تشکیل میکروترک در طول سرمایش کافی نبوده و بنابراین ویژگی های مکانیکی به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد[1],[5]. اندازه دانه به تاریخچه حرارتی نمونه بستگی دارد. اندازه دانه بحرانی به طور معکوس متناسب با مجذور میزان انیزوتروپی انبساط حرارتی است. اندازه دانه بحرانی به طور معکوس با دمای زینترینگ در زیر c1500 تغییر می کند. از این رو، دماهای زینترینگ پایین تر منجر به اندازه دانه بحرانی بیشتر و میکروترک خوردگی کمتر             می شود[10].

    1 . 3 . 2 ) ناپایداری حرارتی تیالیت

       ناپایداری فاز تیالیت به اعوجاج شبکه کریستالی آن نسبت داده است. این اعوجاج  ناشی از اختلاف   شعاع   بین      است. یون کوچک آلومینیم (به شعاع یونی 05/0 نانومتر) که در بعد بزرگتر ساختار قرار می گیرد، پایداری حرارتی ساختار را تحت تأثیر قرار می دهد. تیالیت در محدوده دمایی    c 1280 – 800 تجزیه می شود، در واقع تیالیت در دمای اتاق تا c750 و از c 1280 تا نقطه ذوبش پایدار است و در محدوده دمایی c 1280 – 800 به اکسیدهای سازنده، کوراندم (3o2AL -) و روتایل (2Tio) تجزیه می شود. پدیده تجزیه زیر c 900 خیلی آهسته است و در محدوده دمایی c 1200 – 900 به حداکثر سرعت می رسد[1]. پدیده تجزیه که با فرآیند جوانه زنی و رشد دانه کنترل می شود بوسیله ویژگی های پودر اولیه و متغیرهای فرآیند (فشار تراکم، دما و زمان زینترینگ) تحت تأثیر قرار           می گیرد[15].

    1 . 4 ) وابستگی دمایی ویژگی های مکانیکی سرامیکهای تیالیتی

    1 . 4 . 1 ) تأثیر دما بر ریز ساختار

       تصویر SEM سطح پولیش شده در شکل) 1 – 1( نشان داده شده است. نواحی خاکستری دانه های AT با طول متوسط حدوداً 3 میکرومتر، و نواحی تیره تخلخل های توزیع شده به طور یکنواخت در سرتاسر زمینه هستند. شکل) 1 – 2 ( تصاویر SEM سطوح شکست نمونه ها در دمای اتاق (RT) را نشان می دهد :

    (a)  بدون عملیات حرارتی، (b) پس ازاولین عملیات حرارتی، و (c) بعد از دومین عملیات حرارتی. پیکانهای سفید میکروترکها را نشان می دهند و حلقه های نقطه چین آگلومره های شیشه ای را نشان می دهند. میکروترکهای زیادی در امتداد مرز دانه های زمینه در دمای اتاق وجود دارد (شکل a – 1 - 2) میکروترک خوردگی به وسیله تغییر ضریب انبساط حرارتی در جهات کریستالی دانه های AT ایجاد می شود و تنشهای مرز دانه افزایش می یابد. این تنش ها برای شروع ترکهای کوچک کافی هستند. تنش های تولید شده در طول سرمایش نمونه ها از دمای زینترینگ موجب میکروترک خوردگی بدون شکست می شود. در دمای بالا، میکروترکها بسته شده و خود جوش خورندگی مسئول فاز شیشه است. خود جوش خورندگی میکروترکها مکرراً در نتیجه تکرار سرمایش از c 702 به RT اتفاق می افتد. بنابراین، دانسیته میکروترک در مقایسه با نمونه بدون عملیات حرارتی کمتر است (شکل 1 - 2). زیرا فاز شیشه از ساختار جدا شده و مقدار زیادی از فاز شیشه در زمینه AT به دام می افتد. اختلاف زیادی در ریز ساختار سطح شکست در دمای c702 پس از اولین و دومین سیکل عملیات حرارتی دیده نمی شود (شکل 1 - 3). میکروترک خوردگی بین دانه ای کمتری در سطح شکست در c 702 در مقایسه با سطح شکست در دمای محیط دیده می شود. فازشیشه از تقاطع سه گانه دور شده و در مرز دانه قرار می گیرد. دیفراکسیون اشعه x نشان داد که عملیات حرارتی ترکیب فازی را تغییر نمی دهد. 

  • فهرست و منابع پایان نامه سنتز و ارزیابی خواص بدنه های بر پایه تیالیت

    فهرست:

    ندارد.
     

    منبع:

     

    [1] A.Tsetsekou, A comparison study of tialite ceramics doped with various oxide             materials and tialite-mullite composites:microstructural, thermal and mechanical           properties.J.Eur.Ceram.Soc.(2005)                                                                      

     

    [2]y.x.Huang, A.M.R.Senos and J.L.Baptista,Thermal and mechanical properties of aluminum titanate-mullite composites.J.Mater.Res.(2000)                                   

     

    [3]M.Takahashi, M.Fukuda, H.Yoko, preparation,structure and properties of Thermally and mechnically improved aluminum titanate ceramics doped with alkali feldspar.

    J.Am.Ceram.Soc.(2002)                                                                                           

     

    [4]Y.Ohya,Z.Nakagawa,Grain-boundary microcracking due to thermal expantion  anisotropy in aluminum titanate ceramics.Am.ceram.soc.commun.(1987)       

     

    [5]J.J.Ceveland,R.C.Bradt,Grain size/microcracking relations for pseudobrookite oxides.J.Am.ceram.soc.(1987)                                                                           

     

    [6]S.Ananthakumar, M.Jayasankar, K.G.K.Warrier, microstructural, mechanical and thermal characterization of sol-gel-derived aluminum titanate-mullite ceramic composites.Acta.Mater.(2006)                                                                           

     

     [7]M.Sobhani,H.R.Rezaie,R.Naghizade,sol-gel synthesis of aluminum titanate(Al2Tio5) nano particles.J.Mater.(2008)                               

     

    [8]D.M.Ibrahim,A.A.Mostafa,T.Khalil,preparation of tialite(aluminum titanate)via the urea formaldehyde polymeric route.Ceram.Int.(1999)                                               

     

    [9]B.Freudenberg,A.Mocellin,Aluminum titanate formation of fine Al2o3 and Tio2 Powders.J.Am.Ceram.soc.(1987)                                                                            

     

    [10]A.M.Segadaes,M.R.Morlli and R.GA.Kiminami,Combustion synthesis of aluminum titanate.J.Eur.Ceram.soc.(1998)                                                 

     

    [11]P.Oikonomou,C.J.Stournaras, Stabilized tialite-mullite composites with low thermal expantion and high strength for catalytic converts.J.Eur.ceram.soc.(2007)

     

    [12]G.Tilloca, Thermal stabilization of aluminum titanate solid solutions.J. Mater.soc. (1991)                                               

     

    [13]H.R.Rezaie,R.Naghizadeh,N.Farrokhnia,S.Arabi and M.Sobhani,The effect of Fe2o3 addition on tialite formation.J.ceram.int.(2008)                                     

     

    [14]G.Christos,Crack healing,reopening and thermal expantion behaviour of Al2Tio5 ceramics at high temperature.J.Eur.soc.(2007)                                                       

     

    [15]I.J.Kim and G.Cao, Low thermal expantion behaviour and thermal durability of ZrTio4-Al2Tio5-Fe2o3 ceramics between 750 and 1400C.J.Eur.ceram.soc.(2002)

     

    [16]S.Djambazouv, D. Lepkova and I..Ivanov,A study of the stabilization of aluminum titanate.J.Mater.sci.(1994)                                                                                        

     

    [17]I.Barrios, G.Oswaldo, synthesis and properties of in situ Al2Tio5/Al2o3 composite.J.Mater.(2003)                                                                        

     

    [18]M.Nagano, S.Nagashima, H.Maeda and A.Kato,sintering behaviour of Al2Tio5 base ceramics and their thermal properties.ceram.Int.(1999)                            

     

    [19]C.G.shi,I.M.Low,use of spodumene for liquid-phase-sintering of aluminum titanate.J.Mater.(1998)                                                                                   

     

    [20]C.H.Chen,H.Awaji, Temperature dependence of mechanical properties of aluminum titanate ceramics.J.Eur.ceram.soc.(2007)                                   

     

    [21]T.Matsudaira, Y. Kuzushima, S.Kitaoka,H.Awaji and D.Yokoe,Temperature dependence of static and cycle fatigue behavior of Al2Tio5 ceramics.J.ceram.soc.Jpn.(2004)                                           

    .

ثبت سفارش
عنوان محصول
قیمت