ایجاد قطعه از كامپوزیت نانوساختار كاربید بور-كاربید سیلیسیم تولید شده به روش سنتز خود احتراقی با استفاده از روش SPS

خلاصه اختراع :

زمینه فنی: شیمی، مواد كاربید بور و كاربید سیلیسیم به دلیل دشواری در سینتر پذیری نیاز به شرایط ویژه ای جهت چگالش و ساخت قطعه دارند به طوری كه در روش سینترینگ پرس گرم نیاز به دما و فشار بالا و زمان طولانی سینترینگ دارند (معمولا نگهداری در دمای سینترینگ به مدت 30 دقیقه و بیش از آن) به صورتی كه ریزساختار را تحت تاثیر قرار داده و سبب رشد دانه می شود. SPS (Spark Plasma Sintering) یا سینترینگ جرقه پلاسما روشی بر اساس اعمال جریان مستقیم الكتریسیته و فشار به مخلوط پودرهای قرار گرفته داخل یك قالب گرافیتی است. به دلیل انرژی بالای وارد شده و ایجاد یكنواخت گرما در دررون پودرها سرعت گرم شدن نمونه ها زیاد بوده و فرایند در زمان كوتاهی (معمولا زیر 10 دقیقه) انجام می-شود. سرعت بالای گرم شدن، زمان كم گرما دیدن و دمای كمتر نسبت به روش های سینترینگ دیگر سبب جلوگیری از رشد دانه اضافی و به دست آمدن نمونه با ساختار مناسب می شود. كامپوزیت نانوساختار كاربید بور-كاربید سیلیسیم با موفقیت به صورت درجا و به روش سنتز خود احتراقی سنتز شد. مواد اولیه شامل سیلیسیم، گرافیت، اكسید بور و منیزیم بودند. از مواد اولیه پس از توزین و آسیا كاری، بوسیله پرس سرد تك محور نمونه تهیه شد. نمونه در كوره تیوبی با اتمسفر تحت كنترل آرگن و دمای °C900 سنتز شد. جهت حذف اكسید منیزیم پودرهای سنتز شده مورد اسید شویی قرار گرفتند. آنالیز XRD از محصول سنتز و اسید شویی شده نشان دهنده موفقیت اسید شویی در تخلیص محصول واكنش احتراقی بود. با تحلیل الگوی پراش نمونه اسید شویی شده، میانگین اندازه بلورك های كاربید سیلیسیم و كاربید بور زیر nm15 محاسبه شدند. تصاویر SEM و TEM نشان دهنده تشكیل كامپوزیت سنتز شده از دانه ها و بلورك های نانومتری بودند. طبق آنالیز اندازه ذره از نمونه اسید شویی شده، 5/91% از ذرات نانوكامپوزیت سنتز شده زیر nm500 و 6/42% زیر nm100 بودند. چگالش پودر نانوكامپوزیت SiC-B4C سنتز شده با روش SPS در دمای °C1700 انجام شد. قطعه به دست آمده دارای چگالی ظاهری 83/97% نسبت به چگالی پودر كامپوزیت بود. نتایج آزمون میكرو سختی و استحكام خمشی نشان دهنده تاثیر بیشتر تخلخل ها بر كاهش مقدار سختی نسبت به كاهش استحكام خمشی بود. الگوی پراش سطح نمونه سینتر شده نشان دهنده پایداری كامپوزیت SiC-B4C در دمای سینترینگ و خلوص مناسب نمونه بود.