امکان ساخت هواپیماهایی با بدنه‌ نانوکامپوزیتی

نانوپودرهای کامپوزیتی آلومینا – زیرکونیا با اندازه‌ای بین ۷۵-۱۵ نانومتر با روش سل – ژل در دانشگاه تربیت مدرس سنتز شد.
نانوپودر آلومینا – زیرکونیا با روش‌های متفاوتی همچون آسیاب خشک یا تر مخلوط پودرهای آلومینا و زیرکونیا، سل – ژل و روش‌های ماده اولیه مایع تهیه می‌شود. محققین دانشگاه تربیت مدرس از روش سل – ژل بهره گرفته‌اند. زیرا در روش‌های متداول مانند روش آسیاب خشک یا تر، حضور مخلوط ناهمگن ذرات و میکروساختار غیر یکنواخت اجتناب ناپذیر است.

همچنین روش سل – ژل نسبت به سایر روش‌های متداول مزیت‌هایی دارد که می‌توان به حصول نانوپودرهای کامپوزیتی همگن، کاهش درجه حرارت سینترینگ، افزایش ساختار دانه ریز و سادگی و صرفه اقتصادی اشاره کرد.

مهندس ایوب تعاونی گیلان، در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، سیستم آلومینا- زیرکونیا را یکی از نانوکامپوزیت‌های سرامیکی سودمند عنوان کرد و گفت: «این نانوکامپوزیت به دلیل خصوصیات مکانیکی عالی شامل استحکام، چقرمگی، مقاومت به خوردگی و پایداری گرمایی و شیمیایی، به طور گسترده‌ای در ساخت بدنه هواپیما، ابزارهای برشی، ادوات زرهی، قطعات با استحکام بالا، پره‌های توربین و قالب‌ها یا اجزای مصنوعی طبی مورد استفاده قرار می‌گیرد».

در سیستم آلومینا – زیرکونیا، ساختار و خصوصیات کامپوزیت نهایی به خصوصیات نانوپودر تهیه شده مانند همگنی، توزیع اندازه ذرات و خلوص آن بسیار وابسته است. از این رو، پژوهشگران روی کاهش اندازه ذرات پودر کامپوزیتی اولیه و نیز مورفولوژی دانه نهایی در ریزساختار متمرکز شده‌اند.

به گفته مهندس تعاونی، پژوهشی با هدف «رسیدن به نانوپودری همگن با سایز نانو و سطح ویژه بالا که توانایی سینترینگ بسیار بالایی داشته و بتواند زیرکونیای موجود در نانوپودر را در فاز تتراگونال تثبیت کند و بدین وسیله خاصیت چقرمگی و استحکام بالای نانوکامپوزیت ساخته شده را افزایش دهد» انجام شده است.

در این پژوهش، نانوپودرهای آلومینا – زیرکونیا با درصدهای متفاوت زیرکونیا با استفاده از مواد اولیه آلکوکسیدی ( Al(OC4H9)3 و Zr(OC4H9)4 ) با روش سل – ژل سنتز شدند. در نهایت، ژل‌های خشک شده بدست آمده، تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند.

عضو هیئت علمی دانشگاه جامع علمی-کاربردی استان کرمانشاه، در ادامه گفتگو توضیح داد: «آنالیزهای BET نشان دادند که افزایش درصد زیرکونیا باعث کاهش سطح ویژه و افزایش سایز حفره‌ای ذرات می‌شود. همچنین با افزایش درصد زیرکونیا، گذار فازی آلومیناهای انتقالی به فاز پایدار آلفا – آلومینا به درجه حرارت‌های بالاتر انتقال پیدا می‌کند. همچنین آنالیز SEM حاکی از آن بود که نانوپودرهای به دست آمده تقریباً کروی شکل بوده و اندازه‌ای بین ۷۵-۱۵ نانومتر دارند».

جزئیات این پژوهش که به عنوان بخشی از پروژه کارشناسی ارشد مهندس ایوب تعاونی گیلان با راهنمایی دکتر احسان طاهری نساج و همکاری مهندس آخوندی در دانشگاه تربیت مدرس انجام شده، در مجله Journal of Non-Crystalline Solids (جلد ۳۵۵، صفحات ۳۱۶–۳۱۱، سال ۲۰۰۹) منتشر شده است.