محمد رضا سعادتی-Mohammad Reza Saadati

عنوان : ساخت نانو كامپوزيت زمينه آلومينيومي از طريق افزودن محصول پيروليز مواد آلي سيلاني به مذاب

TITLE : Synthesis of aluminium matrix nano composite by addition of products of organic materials pyrolysis to the melt

چكيده

امروزه پيشرفت فناوري و صنعت به شدت وابسته به تهيه مواد جديد با خواص ويژه است. در اين ميان ساخت كامپوزيت­ها گامي بلند در توسعه و بهينه­سازي مواد بوده است. كامپوزيت­هاي زمينه آلومينيومي به دليل خواص منحصر بفردي همچون نسبت استحكام به وزن بالا، مقاومت به خوردگي خوب، هدايت حرارتي و الكتريكي مناسب و شكل پذيري خوب از پركاربردترين انواع هستند. روش­هاي متفاوتي براي ساخت كامپوزيت­ها وجود دارد. در اين ميان ساخت به روش ريخته­گري كاربردي­تر است. خواص مكانيكي كامپوزيت ساخته شده به شدت به نحوه توزيع ذرات، اندازه و شكل ذرات، مقدار ترشوندگي ذرات، و عيوب ريختگي بستگي دارد. در پژوهش حاضر نانوكامپوزيت زمينه آلومينيومي تقويت شده با ذرات سراميكي سيليكون­اكسي­كاربيد به روش ريخته­گري گردابي و استفاده از روش درجا ساخته شد و استحكام كششي آن مورد بررسي قرار گرفته است. ذرات تقويت­كننده از مخوط دو ماده آلي سيلاني، TEOS و PDMS با نسبت وزني 40/60 و به روش سل­ژل ساخته شد و پس از پيروليز در دماهاي متفاوت به حالت سراميكي تبديل شد. نتايج آزمون طيف سنجي تبديل فوريه مادون قرمز بر روي ذرات توليدي، وجود پيوندهاي Si-O-Si وSi-C را به صورت هم زمان نمايش مي­دهد، همچنين تصاوير ميكروسكوپي و اندازه­گيري سطح ويژه ذرات سراميكي، ساخت نانو ذرات رانشان مي­دهد. نتايج آزمون پراش­سنجي پرتو ايكس بر روي مخلوط پودر آلومينيوم خالص و نانو ذرات سراميكي سيليكون­اكسي­كاربيد كه به مدت يك ساعت در دماي   C?800 و در اتمسفر خنثي آرگون قرار گرفته است، حضور آلومينيوم اكسيد و سيليسيم خالص در كنار مقدار جزئي آلومينيوم كاربيد را نشان مي­دهد. در ادامه به منظور كامپوزيت­سازي، مقدار 1 و 3 درصد وزني نانو ذرات سراميكي سيليكون­اكسي­كاربيد به مذاب آلومينيوم خالص افزوده شد و ريخته­گري كامپوزيت به روش گردابي در دماهاي   C?800 و   C?900 صورت گرفت. بررسي مشخصات ريزساختاري و خواص مكانيكي كامپوزيت­هاي ساخته شده بهبود تنش تسليم تا حداكثر 5/46% درصد   وبهبود   سختي تا 5/9% را در نمونه­هاي كامپوزيتي نشان مي­دهد، هرچند افزايش بيشتر ذرات تقويت كننده با ايجاد تخلخل بيشتر و افزايش كلوخه­اي شدن موجب افت خواص مي­شوند.

Abstract

Nowadays, technological and industrial advancement is highly dependent on introduction of new materials with special properties. Production of composite materials had been a major step in development and optimization of materials. Aluminum matrix composites due to unique properties such as high strength to weight ratio, good ductility, high corrosion resistance, good thermal and electrical conductivity are the most commonly used metal matrix composites. There are different methods for producing composites, among which liquid state methods are more practical. Mechanical properties of composites depends on the distribution of particles, particle size and shape, wettability and casting defects. In this study, aluminum matrix nano-composite reinforced with silicon oxy-carbide particles was manufactured by in-situ stir casting. A mixture of organic silanes, TEOS and PDMS, at a weight ratio of 40/60 was used to synthesize ceramic particles. Sol-gel method, followed by pyrolysis at different temperatures was employed to complete ceramic particles manufacturing. The results of Fourier Transform Infrared Spectroscopy test of the particles revealed Si-O-Si and Si-C bonds. The product was a nanopowder according to the results of microscopic studies as well as measurements of specific surface area. For further investigation a mixture of pure aluminum powder and silicon oxy carbide were heated at 800°C for an hour in argon atmosphere. X-ray diffraction analysis indicated presence of aluminum oxide, silicon carbide and some aluminum.  In order to manufacture aluminum matrix composite, 1 and 3 wt% silicon-oxy-carbide nanoparticles were added to a vortex of molten aluminum. The resultant slurries were poured at 800 and 900°C.  The results of the microstructure and mechanical properties investigations of the composites showed improvements of yield strength and hardness up to 46.5% and 5.9% respectively. Nevertheless addition of more silicon oxy-carbide nanoparticles adversely affects mechanical properties because of increasing porosity as well as agglomeration of the particles.

Keywords: Cast composite, aluminium matrix, insitu, pyrolysis, reinforcement