بررسي عوامل موثر بر سنتز مكس فاز تيتانيوم سيليكون كاربيد به روش سنتز نمك مذاب

كارشناسي ارشد

مكس فازها دستهاي از كاربيدها و نيتريدهاي لايهاي سهتايي هستند كه با فرمول عمومي n A X n + 1 M شناخته ميشوند. در اين فرمول M نشاندهنده يك فلز انتقالي، A يك عنصر از گروه A جدول تناوبي (عمدتاً از گروه سيزده و چهارده) و حرف X ميتواند كربن يا نيتروژن باشد. اين دسته از مواد بدليل دارا بودن رفتار دوگانه اي از خواص فلزات و سراميكها مانند نقطه ذوب بالا، چگالي كم، خواص مكانيكي دما بالاي عالي، پايداري حرارتي بالا، مقاومت در برابر شوك حرارتي، هدايت الكتريكي و حرارتي خوب و همچنين قابليت ماشينكاري، به سراميكهاي فلزي شهرت داشته و بدليل اين خواص غيرمعمول مورد توجه محققان بسياري قرار گرفته اند. تا كنون بيش از 60 نوع مكس فاز شناسايي شده است كه در اين بين مكس فاز تيتانيوم سيليكون كاربيد 2SiC3Ti ( متعلق به سري " 312 " مكس فازها بدليل ويژگيهاي منحصربفرد و به تبع آن كاربردهاي بسيار در صنايع مختلف بمنظور ساخت قطعات و همچنين پوششدهي آنها، توجه زيادي را به خود جلب كرده است. در حال حاضر ارائه روشهايي بمنظور سنتز پودر اين مكس فاز در دما و زمان كمتر در كنار خلوص بيشتر، يكي از چالشهاي پيش رو در استفاده از اين تركيب در صنعت است. در پژوهش حاضر با استفاده از روش سنتز نمك مذاب، توليد پودر مكس فاز 2SiC3Ti از طريق مواد اوليه عنصري و با تغيير پارامترهاي مختلفي بهينهسازي شد. همچنين بمنظور بررسي و مقايسه امكان تشكيل اين فاز، از دو منبع كربن (كربن سياه و گرافيت) در مواد اوليه استفاده شد. بررسيهاي انجام شده نشان داد كه اگرچه با استفاده از كربن سياه و بهره گيري از تركيب / 0.5 Al B3 Ti / 1.2 Si / 2 C ، مكس فاز 2SiC3Ti بصورت جزئي سنتز شده اما فعاليت شيميايي زياد اين نوع كربن سبب تشكيل بيش از حد فاز مياني TiC شده و در ادامه در اثر كمبود تيتانيوم در سيستم، فاز سيليسيدي 2TiSi به جاي فاز 3Si5Ti كه نقش كليدي در مسير سنتز مكس فاز 2SiC3Ti دارد، تشكيل ميشود. در ادامه آزمايشها، گرافيت جايگزين كربن سياه شد و مشاهده گرديد كه استفاده از گرافيت باعث تشكيل فازهاي مياني TiC و 3Si5Ti شده و در ادامه واكنش بين اين دو فاز منجر به تشكيل فاز 2SiC3Ti ميشود. در نهايت با استفاده از گرافيت بعنوان منبع كربن در مواد اوليه مورد استفاده و بهره گيري از تركيب / 0.5 Al g3 Ti / 1.2 Si / 2 C و همچنين استفاده از مخلوط يوتكتيك KCl –NaCl بعنوان نمك با نسبت وزني نمك به پودر مواد اوليه 1:1 و همچنين اعمال فشار MPa 150 بر مخلوط مواد اوليه و نمك مورد استفاده و تهيه قرص، بيشترين مقدار مكس فاز 2SiC3Ti معادل 82 / 85 % وزني در دماي 1200 درجه سانتيگراد و در مدت زمان 2 ساعت حاصل شد. اين دما در مقايسه با ساير روشهاي متداول بمنظور سنتز اين فاز، در حدود 200 – 150 درجه سانتيگراد پايينتر است.

193853

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر محمد ولاشجردي

سراميك

دكتر حسين سرپولكي - دكتر حميدرضا رضايي