بررسي رفتار تبلور و خواص مكانيكي شيشه‏ سراميك دنداني سيستم Li2O-SiO2-ZrO2

كارشناسي ارشد

در پژوهش حاضر يك تركيب تجاري شيشه‏سراميك دنداني با سيستم ليتيم ‏دي‏سيليكاتي به عنوان تركيب پايه مدنظر قرار داده شد و با هدف افزايش چقرمگي شكست و بهبود خواص مكانيكي سيستم به آن 10 درصد زيركنيا اضافه شد. سپس بين سه تركيب با درصدهاي وزني پنتا اكسيد فسفر متفاوت 2%، 5% و 8%، بهينه ميزان P2O5 ¬¬مشخص گرديد. در اين راستا ابتدا آميزهاي تهيه شده پس از توزين ذوب، شكل داده و تنش‏زدايي شدند، سپس هر كدام از تركيب‏ها در دماي تبلور خود -كه با استفاده از DTA تعيين شد- به مدت يك ساعت عمليات حرارتي شدند و شيشه‏سراميك ليتيم دي‏سيليكاتي حاصل گرديد. ‏خواصي از جمله ميكروسختي، مقاومت شيميايي، استحكام خمشي و چقرمگي شكست در شيشه‏سراميك‏هاي تهيه شده بررسي شد و با استفاده از آناليز فازي (XRD) و بررسي ريزساختاري به كمك SEM به بحث درباره‏ي چرايي تغيير خواص پرداخته شد. از آزمايش‏هاي انجام شده چنين حاصل شد كه در هر سه تركيب با افزودن P2O5، جدايش فازي بيشتري در شيشه رخ داده و فاز فسفات ليتيم تشكيل مي‏شود كه مكان مناسبي براي جوانه‏زني و رشد فاز نيمه پايدار متاسيليكات ليتيم و در دماهاي بالاتر رشد فاز پايدار دي سيليات ليتيم است. در اين ميان با افزايش درصد P2O5 در نمونه‏ها تا ميزان 8% وزني، جوانه‏زني فسفات ليتيم بيشتر شده و با بالا رفتن غلظت جوانه‏زا و در نتيجه افزايش گرانروي مذاب، رشد بلور با محدوديت فضايي مواجه شده و نيز در دماهاي بالاتري رخ داد. اين محدوديت فضايي باعث شده است كه بلورها از حالت ميله‏اي و كشيده به شكل كروي و ريز در بيايند كه اين تغيير مورفولوژي تاثير بسزايي بر بهبود خواص مكانيكي و افزايش سختي، استحكام خمشي و چقرمگي شكست نمونه‏ها داشت. ميكروسختي نمونه‏ها براي تركيب P2 برابر با 15/779، براي تركيب P5 برابر با 83/995 و براي تركيب P8 برابر با 39/1021 ويكرز به دست آمد. نتايج چقرمگي شكست نمونه‏ها نيز به ترتيب برابر با 81/1 (براي نمونه P2)، 96/1 (براي نمونه P5) و MPa.m0.528/2 (براي نمونه P8) حاصل شد. چنين نتيجه‏گيري شد كه با افزودن 8% وزني P2O5¬¬ به نمونه‏ها در كل سختي و چقرمگي شكست نمونه‏ها بالا رفته و علت اين بهبود خواص مكانيكي، هم تغيير مورفولوژي بوده و هم بيشتر شدن بلورهاي فاز ليتيم دي‏سيليكات در نمونه‏هاي عمليات حرارتي شده‏ي نهايي. هم‏چنين با افزودن P2O5 در شيشه‏ي اوليه مقاومت شيميايي شيشه كم مي‏شود اما پس از انجام عمليات حرارتي و تشكيل شيشه‏سراميك و فاز ليتيم دي‏سيليكات، مقاومت شيميايي نيز افزايش مي‏يابد. واژه‌هاي كليدي: شيشه‏سراميك، ‏دي‏سيليكات ليتيم، جوانه‏زا، P2O5، خواص مكانيكي، چقرمگي شكست

190617

دانشگاه علم و صنعت ايران

سراميك

دكتر بيژن افتخاري يكتا