تاثیر ذرات نانو MgO بر استحکام خمشی و چقرمگی شکست نانوکامپوزیت زرهی Al2O3-SiC

بهبود خواص مکانیکی آلومینا، به عنوان مثال استحکام و تافنس شکست که نقاط ضعف این ماده اولیه مورد استفاده در صنایع مختلف می باشد، یکی از دلایل ساخت و استفاده از مواد ترکیبی نانوساختاری مانند نانوکامپوزیت Al2O3-SiC-MgO است. نانوکامپوزیت های Al2O3-SiC-MgO از اختلاط پودرهای بسیار ریز سیلیکون کارباید، آلومینا و اکسیدمنیزیم تحت فرایند پرس گرم از دمای 1500 تا 1800 درجه سانتیگراد ساخته می شوند. وجود ذرات نانوسایز SiC باعث جلوگیری از رشد دانه ها در سرامیک های آلومینایی بوسیله پیننینگ مرزدانه ها و اتصال مرزدانه ها در دمای زینتر می شود. افزودن ذرات فاز ثانویه بسیار ریز SiC دردانه های نانو سایز آلومینا می باشد که می تواند باعث بالا بردن استحکام و جلوگیری از رشد دانه های زمینه یعنی آلومینا گردد. از نقشهای MgO به عنوان افزودنی 1) کاهش تحرک مرزدانه ها. 2) افزایش نفوذ سطحی و در نتیجه افزایش تحرک تخلخل ها. 3) افزایش سرعت چگال شدن بوسیله نفوذ مرزها. 4) کاهش انیزوترپی مرزدانه ها و انرژی سطحی دانه ها را می توان نام برد. موضوع تحقیق بررسی تاثیرات افزودن مقادیر 0 و 500 و 1000 و 1500 ppm ذرات نانو سایز MgO به نانوکامپوزیت پایه Al2O3 شامل 10vol% از ذرات SiC است. پس از عملیات اختلاط در آسیاب پرانرژی، به روش پرس گرم در زمان و فشارهای معینی شکلدهی می گردد. نتایج نشان دهنده میزان بهینه 1000ppm اکسید منیزیم ، فشار 30Mpa و زمان بهینه 1/5hr خواهد بود، به طوری که استحکام خمشی نمونه ها از 335/48MPa در نمونه بدون افزودنی nanoMgO تا 500/43MPa در نمونه زینترشده در دمای 1700 درجه سانتیگراد با افزودن 1000ppm ذرات nanoMgO رسید و با افزایش بیشتر تا 1500ppm تا 485/34 کاهش یافت، با افزودن نانو ذرات MgO چقرمگی شکست نمونه ها تا 3/85MPa.m-1/2 برای نمونه ی شامل 1500ppm از nanoMgO زینتر شده در دمای 1700 درجه سانتیگراد رسید، همچنین ریز دانه شدن ساختار کامپوزیت و شکست آن از مرزدانه ای به نوع درون دانه ای تغییر خواهد کرد.

کلیدواژه ها:

نانوکامپوزیت ، آلومینا ، استحکام خمشی ، چقرمگی شکست ، خواص مکانیکی ، سیلیکون کارباید ، اکسیدمنیزیم