بررسي اثر تركيب مواد اوليه و زمان حرارت دهي در سنتز نانوسيم هاي كاربيدبور با استفاده از روش كربوترمال

The precursor composition and treatment time investigation on the Boron Carbide nanowires synthesis via carbothermal method

كاربيدبور با خواص دمايي، مكانيكي، الكتريكي و هسته اي بسيار مناسب يك كانديداي ايده آل براي كاربردهايي نظير مواد الكترونيكي دما بالا، ساختار هاي سبك وزن بسيار مستحكم از نظر مكانيكي، صنايع ديرگداز و هسته اي است. با توجه به خواص ذاتي فوق العاده، نانو مواد B4C مزاياي بيشتري را به دليل اثرات اندازه نانو ارائه مي دهند. در اين تحقيق از روش احياي كربوترمال با استفاده از مواد اوليه ارزان قيمت شامل الياف كربن با اندازه ميكرومتر و پودر اكسيد بور در توليد نانو سيم هاي كاربيدبور استفاده شد. الياف كربن بدست آمده از روش الكتروريسي و پودر اكسيد بور در كوره تيوبي با اتمسفر كنترل شده در حضور گاز آرگون در دماي 1700 درجه سانتيگراد در تركيب هاي مولي مختلف B2O3:C و در زمان هاي متفاوت براي يافتن شرايط بهينه جهت سنتز نانو سيم هاي كاربيدبور حرارت داده شدند. به منظور بررسي محصورات سنتز، آناليزهاي XRD و SEM و TEM انجام شدند. نتايج نشان داد كه نانو سيم هاي كاربيدبور سنتز شده داراي قطري در محدوده 30 تا 300 نانو متر بودند و پارامترهاي بهينه جهت سنتز، دماي 1700 درجه سانتيگراد ، مدت زمان 120 دقيقه با تركيب مولي مواد اوليه 2:4/5=B2O3:C بدست آمدند.

Boron Carbide with superior temperature, mechanical, electrical, and nuclear properties is an ideal candidate for application in various fields such as high temperature electrical materials, reinforcement for metal and ceramic matrix composites, refractory and nuclear application. Considering their excellent intrinsic properties, B4C nanomaterials provide more benefits, due to nanosize effects. In this research, carbothermal method with low-cost precursors, including micrometer Carbon fibers and B2O3 powder, was exploited for B4C nanowires synthesis. Carbon fibers produced from electrospun method were mixed with boron oxide powders in certain molar ratios. These mixtures were then placed in tubular furnace and heat treated at 1700 °C for various durations, under the protection of Ar atmosphere. The products were characterized by means of XRD technique, SEM, and TEM. Results demonstrated that synthesized Boron Carbide nanowires were 30-300 nm in diameter. Optimized condition for B4C nanowires synthesis were also determined to be molar composition of B2O3:C = 2:4/5, and duration of 120 min.