تاثير روش توليد نانوكامپوزيت آلومينا/دي‌بورايد تيتانيم بر رفتار تف‌جوشي و خواص قطعه توليد شده

Effect of Alumina\Titanium Diboride Nano-Composite Synthesis Method on Sintering Behaviour and Properties of Sintered Samples

تف‌جوشي كامپوزيت Al2O3-TiB2 بمنظور توليد قطعه‌اي با چگالي و استحكام بالا به دليل پيوند‌هاي مستحكم كووالانسي و ضريب نفوذ پايين اجزا با مشكلاتي همراه است. انتظار مي‌رود توليد كامپوزيت به صورت ذرات ريزي كه به صورت همگن در زمينه توزيع شده باشد، مي‌تواند مشكل تف‌جوشي اين ماده را مرتفع سازد. در اين پژوهش تف‌جوشي نانوكامپوزيت Al2O3-TiB2 كه با دو روش مكانوشيميايي و سل- ژل/مكانوشيميايي توليد شده مورد بررسي قرار مي‌گيرد. هم‌چنين، تاثير شرايط توليد بر رفتار تف‌جوشي، چگالي، ريزساختار، سختي و چقرمگي شكست مورد بررسي قرار مي‌گيرد. در روش مكانوشيميايي اكسيد‌هاي بور و تيتانيم در طي فرآيند آسياكاري احيا شده و نانوكامپوزيت Al2O3-TiB2 بدست آمد. در فرآيند سل- ژل/مكانوشيميايي، ژل بدست آمده از آلكوكسيد تيتانيم و اكسيد بور طي فرآيند آسياكاري در حضور آلومينيم منجر به توليد نانوكامپوزيت Al2O3-TiB2 شد. بررسي‌هاي ميكروسكپ الكتروني عبوري نشان داد كه ريزساختار نانوكامپوزيت بدست آمده از دو روش متفاوت مي‌باشد. تصاوير ميكروسكپ الكتروني روبشي مقدار تخلخل و اندازه دانه‌ها پس از فرآيند تف‌جوشي را نشان مي‌دهد. براي نمونه توليد شده به روش سل- ژل/مكانوشيميايي مقادير چگالي، سختي و چقرمگي شكست پس از تف‌جوشي در دماي 1500 درجه سانتي‌گراد به ترتيب 97%، GPa 3/15 و MPa.m1/2 1/10 مي‌باشد درحالي‌كه براي نمونه توليد شده به روش مكانوشيميايي مقادير بالا 99%، GPa 20 و MPa.m1/2 4/11 است. نانوساختار بودن ذرات Al2O3-TiB2، غيربلوري بودن ساختار ذرات و تشكيل فاز مايع Al18B4O33 در حين فرآيند چگالش از عواملي مي‌باشند كه منجر به تسهيل فرآيند تف‌جوشي مي‌شود.

The consolidation of the Al2O3/TiB2 into a dense and high-strength body is difficult because of the high degree of covalent bonding and low self-diffusion coefficient of the constituent elements. Synthesis of fine and homogenous structure in which one phase homogenously dispersed in the other can resolve this problem. Consolidation of Al2O3/TiB2 nano-composite powder derived from two different synthesis methods was investigated. Also the effect of processing condition on the sintering behavior, microstructure, and hardness of the densified samples were evaluated. In the first synthesis method a composite structure containing of an Al2O3 matrix with dispersed TiB2 particles was obtained via mechanical alloying of Al, TiO2 and B2O3 powder mixture. In the second method Al2O3/TiB2 nano-composite powder was prepared from TTIP(titanium tetra iso propoxide) and B2O3 using a sol-gel method followed by mechano-chemical reduction in the presence of Al. For sample which prepared by milling assisted sol-gel method, vickers hardness value of hot pressed sample at 1500°C was measured as 15.3 GPa and indentation fracture toughness was calculated as 10.1 MPa.m1/2; while for mechano-chemically synthesized sample this parameters are 20 GPa and 11.4 MPa.m1/2, respectively. Analysis of the diffraction pattern of samples revealed the presence of Al2O3, TiB2, and Al18B4O33 in the samples. Several factors favors the sintering process of the Al2O3-TiB2 nano-composite particles at low temperature and short time which include; (1) the nanostructured Al2O3-TiB2 particles, (2) the disordered crystal structure of the powder and (3) liquid phase formation of Al18B4O33.