مجيد عباسي بهارانچي - Majid Abbasi Baharanchi

عنوان : ساخت و مشخصه‏يابي كامپوزيت ذره‏اي در جايAl/SiaCbNcOd با پيروليز تترا اتيل ‏ارتو سيليكات در مذاب

TITLE : Synthesis and characterization of in-situ Al/SiaCbNcOd composite through pyrolysis of Thetraethyl Orthosilicate in melt

چكيده

نياز به موادي با استحكام و مدول الاستيك بالا و وزن پايين، منجر به توسعه كامپوزيت‌هاي زمينه فلزي شده است. از جمله روش‏هاي مناسب براي توليد كامپوزيت‏هاي زمينه فلزي روش درجا مي‏باشد كه در اين روش ذرات ريز و پايدار تقويت‏كننده به طور يكنواخت در زمينه توزيع مي‏شوند. از مزاياي اين روش مي‏توان به پايداري ترموديناميكي بالاي ذرات تقويت‏كننده، پيوند مستحكم ذرات با زمينه، ابعاد ريزتر ذرات و توزيع بهتر ذرات تقويت‏كننده در زمينه اشاه نمود. يك روش نوين براي ساخت كامپوزيت‏هاي زمينه فلزي درجا، استفاده از پيروليز مواد آلي در مذاب زمينه مي‏باشد. در اين روش ذرات تقويت‏كننده به صورت درجا از پيروليز يك ماده آلي درون مذاب توليد مي‏شوند. در اين پژوهش كامپوزيت Al/Si_aC_bN_cO_d با استفاده از فرايند ريخته‏گري گردابي و از طريق پيروليز تترا اتيل ‏ارتو سيليكات در مذاب ساخته شد. در مرحله اول در تترا اتيل ارتو سيليكات مايع به روش سل – ژل پيوند عرضي ايجاد گرديد و ماده آلي به پودر جامد سفيد رنگي تبديل شد. سپس پودر حاصل به مذاب افزوده شد تا ذرات تقويت‏كننده از جنس Si، C، N وO از طريق پيروليز تترا اتيل ارتو سيليكات پيوند عرضي شده به صورت درجا درون مذاب توليد شود. در ادامه ويژگي‏هاي تترا اتيل ‏ارتو سيليكات قبل و بعد از پيوند عرضي و همچنين تاثير افزودن تترا اتيل ارتو سيليكات در درصدهاي وزني مختلف بر خصوصيات ساختاري و مكانيكي كامپوزيت‏هاي توليدي بررسي شد. بررسي‏هاي ساختاري نشان از توزيع يكنواخت و تقريبا ريز دانه ذرات تقويت‏كننده در ساختار دارد. نتايج حاصل از آزمون‏هاي مكانيكي حاكي از افزايش 53 درصدي استحكام تسليم و افزايش 21 درصدي استحكام نهايي در نمونه حاوي 2 درصد وزني تترا اتيل ارتو سيليكات نسبت به نمونه شاهد مي‏باشد. اين درحالي است كه ازدياد طول نمونه حاوي 2 درصد وزني تترا اتيل ارتو سيليكات 19 درصد كاهش يافته است. همچنين استحكام برشي و خمشي به ترتيب 21 و 43 درصد افزايش يافته است.

كلمات كليدي: كامپوزيت ريختگي، ذرات تقويت‌كننده، پيوند عرضي، پيروليز   ماده آلي، زمينه آلومينيمي، خواص مكانيكي

Abstract

In this research in-situ aluminum matrix composites were synthesized through pyrolysis of TEOS in the melt. For this purpose 0.5, 1, 2 and 3 wt.% of cross linked TEOS were gradually added to melt at 850°C and stirred for 20- 30 minutes then the melt temperature reduced fastly to 730 °C and stirred for 5 minutes. Consequently reinforcement particles, a compound of Si, C, N and O, were formed and dispersed in melt. The slurry were solidified in a cylindrical permanent mold. Structural examinations demonstrated uniform dispersion of reinforcement particles in the matrix. Mechanical test results indicated that hardness, yield and ultimate tensile strengths were markedly increased. An important achievement of using this aluminum matrix composite synthesis method was small elongation loss, in comparison with the conventional composites manufacturing methods. In the optimum sample, enhancement of 53% in yield strength and about 21% in ultimate tensile strength were achieved in cost of only 19% elongation decrease in comparison to the monolithic sample. The bending and shear strength were also enhanced 43% and 21%, respectively.

Keywords: Cast composite, Reinforcement, Particles, Cross-linking, Pyrolysis, Aluminum matrix, Mechanical properties