ساخت كامپوزيت سراميكي Al2O3-TiB2 با مقدار تخلخل و اعوجاج پايين به روش سنتز احتراقي و بدون اعمال فشار

Fabrication of Al2O3-TiB2 Ceramic Composite with Low Porosity and Distortion Using Pressure-Less Combustion Synthesis

روش سنتز احتراقي به عنوان يك روش شناخته شده و اقتصادي براي توليد مواد پيشرفته سراميكي و كامپوزيتي داراي عيوبي است. انجام نشدن كامل واكنش هاي گرمازا به دليل اختلاط‌نشدن ايده آل مواد اوليه، فعال نبودن مواد اوليه از لحاظ ترموديناميكي و توليد محصولاتي با مقدار تخلخل و اعوجاج بسيار بالا از جمله عيوب مهم اين روش بشمار مي روند. در اين پژوهش از سيستم ترميت آلومينيوم- اكسيد تيتانيوم- اسيد بوريك بمنظور توليد درجاي كامپوزيت سراميكي آلومينا- دي بورايد تيتانيوم به روش سنتز احتراقي استفاده شد. سپس به كمك اين سه عامل روش مخلوط‌سازي مواد اوليه، استفاده از مواد رقيق‌كننده و استفاده از يك محفظه فولادي در اطراف نمونه در حال سنتز به بررسي امكان ساخت قطعاتي با تخلخل كنترل شده و بدون اعوجاج پرداخته شد. نتايج بدست آمده از آزمايش ها نشان دادند كه مخلوط كردن پودرهاي اوليه به مدت 2 ساعت همراه با يك گلوله 5 ميليمتري پيش از فرآيند پيش فعال‌سازي مكانيكي و سنتز احتراقي اثر زيادي بر افزايش خلوص محصولات نهايي دارد. هم‌چنين، مشخص شد كه با افزايش مقدار مواد رقيق‌كننده تا 30 درصد وزني از جنس خود محصولات (73 درصد حجمي آلومينا- 23 درصد حجمي دي بورايد تيتانيوم) به مواد اوليه اي كه پيش فعال سازي مكانيكي شده و آماده سنتز احتراقي هستند، مقدار تخلخل نهايي كمتر شده و از شدت واكنش‌ها كاسته مي شود. در نهايت، نشان داده شد كه با استفاده از يك محفظه فولادي در اطراف قطعه به گونه‌اي كه قطعه را محصور كرده و اجازه انبساط به آن ندهد، مي توان از اعوجاج نمونه در حين سنتز احتراقي جلوگيري كرد.

Combustion synthesis (CS) as a well-known economical production method for advanced ceramic and composite materials production has some drawbacks. Incomplete exothermic reactions due to non-ideal mixing of starting powders and thermodynamicaly unreacted, and fabrication of porous products with high distortion are the main problems of this method. In this study, Al-TiO2-H3BO3 thermite system was used for in-situ fabrication of Al2O3-TiB2 ceramic composite using CS. Three factors of mixing process, using diluent materials, and using a steel chamber are considered to investigate the possibility fabrication of non-distorted samples with controlled porosity. The results indicated that 2 h mixing of starting powders with a 5 mm diameter ball before mechanical activation and combustion synthesis has a considerable effect on increasing the purity of final products. In addition, it was shown that the addition of diluent materials (73 vol.% Al2O3-23 vol.% TiB2) to the starting powders would lead to formation of samples with lower porosity. Finally, in was indicated that using a steel chamber around the sample prevented the expansion of sample during CS, leading to formation of a specimen with the least distortion.