ساخت و مشخصه یابی کامپوزیت NiO/YSZ به روش پرس سرد – تف جوشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، پردیس فنی و مهندسی شهید عباسپور، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 گروه مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، پردیس فنی و مهندسی شهید عباسپور، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

3 دانشگاه صنعتی امیرکبیر*مهندسی معدن و متالورژی

10.22060/mej.2019.15876.6215

چکیده

در بین فرآیندهای ساخت کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی، استفاده از روش پرس سرد-تف‌جوشی باتوجه به هزینه اندک، بازده بالا و قابلیت تولید قطعات با دقت ابعادی مناسب، مورد توجه است. از نکات منفی این روش، بکارگیری حداقل دو جزء محلول پایه الکلی در فرآیند تولید می‌باشد، چراکه حذف محلول‌ها همراه با صرف انرژی و افزایش احتمال بروز ترک است. بنابراین در پژوهش حاضر تنها با استفاده از یک جزء محلول (PVA)، کامپوزیت سرامیک/سرامیک با روش نسبتا خشک ساخته شد. نمونه‌های کامپوزیتی NiO- YSZ با درصدهای وزنی ۲۵، ۳۰ و ۳۵ از جزء تقویت‌کننده (ایتریا پایدار شده با زیرکونیا) در فشار MPa 110 فشرده شده و قطعات نهایی در فرآیند تف‌جوشی در دمای C° 1260 به مدت 2 ساعت تولید گردید. در ادامه ساختار نمونه‌ها با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و رادیوگرافی مطالعه گردیده و تحلیل بیشتر ریزساختاری با بکارگیری نرم‌افزارهای پردازش تصویر است. همچنین چگالی نمونه‌های تف‌جوشی شده با استفاده از روش ارشمیدوس محاسبه گردیده است. بررسی‌های ریزساختاری حاکی از آن است که میزان تخلخل، کیفیت سطحی و تغییر ریزساختار لایه‌ها تابع درصد وزنی تقویت-کننده است. در سطح نمونه‌های خام ترک عمیق مشاهده نگردیده و در نمونه‌های تف‌جوشی شده، 30% تقویت‌کننده، بهترین توزیع فاز گازی را بدون حضور ترک عمیق نشان می‌دهد. هم‌چنین، بررسی ریزسختی قرص‌ها نشان می‌دهدکه کامپوزیت با ۳۰٪ تقویت‌کننده، بالاترین سختی را داراست. لذا به‌نظر می‌رسد در بین کامپوزیت‌هایی با ۲۵ تا۳۵٪ تقویت‌کننده، کامپوزیتی با 30% تقویت‌کننده، نمونه بهینه است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Fabrication and characterization of NiO/YSZ composite via cold press- sintering method

نویسندگان [English]

  • Maryam Akbari 1
  • Asal Hosseini Monazzah 2
  • Nader Parvin 3
  • Khosrow Rahmani 2
1 Shahid Beheshti University, A.C., Tehran, IRAN
2 Materials and Metallurgy Group, Faculty of Mechanical and Energy Engineering, Shahid Beheshti University, A.C., Tehran, Iran
3 Mining and Materials eng., Faculty member
چکیده [English]

Among various manufacturing processes, the use of cold press- sintering has been considered with low cost, high efficiency, and the ability to produce components with the appropriate dimensional accuracy. In this method, at least two components of the alcoholic solution are used in granulation and milling steps. Removing the solutions is accompanied with energy consumption, as well as, an increment in probability of crack initiation, which may limited the widespread utilization of press-sintering process. Therefore, in the present study, the soluble component in the milling step was removed. In following just using PVA as a soluble component in the granulation step, the ceramic / ceramic composite was made. Doing this, samples based on NiO and YSZ were made with different weight percentages of the reinforcement component (25, 30 and 35% wt. zirconia-stabilized yttrium), and then their microstructure, density and micro-hardness were investigated. Microstructural studies indicate that the amount and distribution of porosity, surface quality and depth of cracks in the samples are depended on reinforcement weight. In detailed, at the surface of green tables, no deep crack was observed. In sintered specimens, the best distribution of the gas phase was observed in NiO- 30% wt. YSZ, which results in maximum micro-hardness. Also, the radiography results provided by the above samples indicated that deep crack in the discs is not visible. Therefore, it seems that the starch as a pore former displayed the beset role via porosity distribution and lessening crack nucleation in sample having 30% reinforcement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ceramic matrix composite
  • press- sintering
  • Microstructure
  • radiographs
  • micro-hardness