پودر نانوکامپوزیتی دی سیلیساید مولیبدن با کاربید تیتانیوم در پژوهشگاه مواد و انرژی کرج با موفقیت تولید شد. این پودر با روش سنتز درجا از مخلوط پودرهای مولیبدن، سیلسیم، تیتانیم وکربن با روش آلیاژسازی مکانیکی تهیه گردید.
تولید نانوکامپوزیت دی‌سیلیساید مولیبدن در پژوهشگاه مواد و انرژی
|
پودر نانوکامپوزیتی دی سیلیساید مولیبدن با کاربید تیتانیوم در پژوهشگاه مواد و انرژی کرج با موفقیت تولید شد. این پودر با روش سنتز درجا از مخلوط پودرهای مولیبدن، سیلسیم، تیتانیم وکربن با روش آلیاژسازی مکانیکی تهیه گردید.
دی-سیلساید مولیبدن دارای نقطه ذوبی در حدود ۲۰۳۰oC است و به عنوان گزینه مناسبی جهت کاربردهای دمای بالا است. همچنین این ماده مقاومت عالی در برابر خوردگی و اکسیداسیون داشته و جهت کاربرد در محیط‌های خورنده توصیه شده است. مواد پایه MoSi2 در صنایع زیادی به کار گرفته شده است که این کاربردها از خواص مکانیکی دمای بالای این ماده با ترکیبی از دیگر خواص از قبیل هدایت الکتریکی، مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون ناشی می‌شود.
مواد پایه Mosi2 سال‌های زیادی به عنوان المنت‌های حرارتی در کوره‌های با اتمسفر هوا به کار گرفته شده است. مشکل اصلی این ماده تردی آن در دماهای بالا است که می‌توان با نانوکامپوزیت کردن و ریز کردن دانه‌های آن در مقیاس نانو آن را برطرف نمود.
از عمده‌ترین کاربردهای این ماده می‌توان به المنت‌های حرارتی، موتورهای توربینی گازی مورد استفاده در صنایع هوا-فضا، دهانه سوخت موشک‌ها در شرایط دما بالا، موتورهای دیزل، سوزاننده‌های گاز صنعتی و نازل‌های مورد استفاده برای تزریق گاز درون مذاب، اشاره کرد.
مهندس محمد رمضانی دانش آموخته مهندسی مواد، در مصاحبه با بخش خبری ستاد ویژه توسعه فناوری نانو در رابطه با این کار پژوهشی گفت: «هدف از انجام این کار بررسی امکان‌پذیر بودن سنتز این ماده از پودرهای مولیبدن سیلسیم، تیتانیوم و کربن است که در این راستا به بررسی تأثیر پارامترهایی همچون زمان آسیاب و نسبت وزن گلوله به پودر (BPR) بر روی واکنش‌های انجام شده و انجام‌پذیر بودن سنتز این ماده تحت شرایط متفاوت پرداختیم.»
مهندس رمضانی که این کار تحقیقاتی را با مشارکت دکتر محمد ذاکری صورت داده است، ادامه داد: «این پروژه در پنج مرحله انجام گرفت. در مرحله اول اقدام به تهیه مواد اولیه خالص صورت پذیرفت و پودرهای مولیبدن، سیلسیوم، تیتانیوم و کربن با خلوص بالای ۹۹ درصد و اندازه دانه‌های کمتر از ۱۵۰ میکرون تهیه گردید. با توجه به وزن مخصوص هرکدام از پودرها به صورت خالص و وزن مخصوص دی سیلساید مولیبدن و کاربید تیتانیوم و نسبت گلوله به پودرهای متفاوت و درصد حجمی کامپوزیت (زمینه و تقویت کننده) پودرها توزین و مخلوط گردید و از مخلوط پودر اولیه آنالیز XRD تهیه گردید. در مرحله دوم عملیات آلیاژسازی مکانیکی در آسیای گلوله‌ای سیارهای، با چهار کاپ انجام پذیرفت. در مرحله بعدی نیز از کلیه نمونه‌های گرفته شده در زمان‌های مختلف در مرحله دوم، آنالیز XRD تهیه گردید و از تعدادی از نمونه‌ها نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی تصویر تهیه گردید و نتایج به‌دست آمده تحلیل و جهت ادامه پروژه و طراحی آزمایش‌ها مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله چهارم با توجه به نتایج به‌دست آمده، تعدادی از نمونه‌ها که در آن واکنش‌های مربوط انجام نشده بود و تعدادی از نمونه‌ها که در آن واکنش‌ها به صورت ناقص انجام شده بود و همچنین نمونه‌هایی که واکنش‌های آنها به صورت کامل انجام نشده بود، تحت عملیات حرارتی قرار گرفت. در مرحله بعد نیز از نمونه‌هایی که تحت عملیات حرارتی قرار گرفته بود، آنالیز XRD و تصویر میکروسکوپ الکترونی تهیه شده و نتایج با حالت قبل از عملیات حرارتی بررسی گردید.»
در گذشته برای تهیه کامپوزیت مورد نظر پودرهای MoSi2 و TiC به صورت جداگانه تهیه شده و با همدیگر مخلوط می‌گردید که ممکن بود توزیع یکنواخت نبوده و دانه‌بندی نیز مناسب نباشد. اما تهیه کامپوزیت این ماده از مخلوط پودرهای خالص، فاز زمینه و تقویت‌کننده به صورت همزمان تولید شده و مشکل توزیع ذرات تقویت‌کننده برطرف شده است. همچنین مشکل دانه‌بندی نیز برطرف شده و دانه‌بندی کامپوزیت یکنواخت و در مقیاس نانو است.
به گفته مهندس رمضانی نتایج به‌دست آمده از این تحقیقات حاکی از آن است که عملیات حرارتی واکنش‌های ناقص را کامل و واکنش‌هایی که به صورت کامل انجام شده بود را پایدارتر نموده است. همچنین با انجام عملیات حرارتی ذرات پودر درشت‌تر شده است. اما نکته قابل توجه این است که ذرات ساختار نانوکریستال خود را حفظ کرده‌اند.
به علت در دسترس بودن آسیاهای مکانیکی، مواد اولیه و همچنین امکان تولید این ماده از لحاظ ترمودینامیکی مهندس رمضانی از قابلیت تجاری‌سازی این پروژه ابراز امیدواری کرده و گفت: «زمینه‌هایی برای ادامه این پژوهش نیز وجود دارد که می‌توان به بررسی خواص پودر از جمله خواص مکانیکی، شیمیایی و فیزیکی اشاره نموند که با درصدهای مختلفی از تقویت کننده‌ها ساخته شده باشند.»
نتایج این کار تحقیقاتی در مجله Ceramics International (جلد ۳۸، شماره ۲، مارچ ۲۰۱۲) منتشر شده است. علاقمندان می‌توانند متن این مقاله را در صفحات ۱۳۵۳ الی ۱۳۵۷ همین شماره مشاهده نمایند. |
