پژوهشگر: محمود شهریاری

اساتید راهنما: دکتر محمد ذاکری، دکتر سید منصور رضوی

استاد مشاور: دکتر محمد رضا رحیمی پور

پژوهشگاه مواد و انرژی

 ۱۳۹۹
چکیده: در این رساله روش جدیدی برای سنتز کامپوزیت سیستم سه تایی دما بالای ‌HfB۲-SiC-HfC‌ ارایه ‌شده است. پودر کامپوزیت مذکور از مواد اولیه هافنیا، اسید بوریک، سیلیسیم، کربن و منیزیم با استفاده از ‌جرقه‌ی پلاسما (‌SPS‌) به‌روش سنتز خوداحتراقی دما بالا (‌SHS‌) در ترکیب‌های مختلف دارای ۰، ۵، ۱۰، ۱۵ ‌و ۲۰% حجمی ‌HfC‌ سنتز شد و فازهای ترکیبات مورد نظر توسط پراش پرتو ایکس تایید شدند. روند سنتز ‌پودرها توسط نمودارهای جابجایی (انقباض نمونه) و دما برحسب زمان (‌DTT‌) حاصل از فرایند جرقه‌ی پلاسما ‌بررسی شد. پودر کامپوزیتی ‌HfB۲-SiC-HfC‌ در راکتور ‌SPS‌ در دمای سنتز کمتر از ۶۴۰ درجه سانتی‌گراد و ‌زمانی حدود ۲۲ دقیقه به طور کامل سنتز شد. سپس برای سینتر پودرهای حاصل از این روش مجددا از ‌فرایند جرقه پلاسما در دماهای ۱۸۰۰ و ۱۸۵۰ درجه سانتی‌گراد و زمان‌های ماندگاری در دمای بیشینه‌ی ۵ و ‌‌۱۵ دقیقه استفاده شد. در این مرحله نیز از نمودارهای ‌DTT‌ برای بررسی فرایند سینتر استفاده شد. نمونه‌ها ‌در دمای بهینه‌ی ۱۸۵۰ درجه‌سانتی‌گراد و زمان بهینه‌ی ۱۵ دقیقه به‌طور کامل سینتر شدند. اثر ترکیب، دما ‌و زمان فرایند سینتر نیز بر خواص و ساختار نمونه‌های سینتر شده مورد بررسی قرار گرفت. تعیین ریزساختار ‌نمونه‌های گوناگون و خواص فیزیکی (چگالی) و مکانیکی (استحکام، سختی و چقرمگی) آن‌ها نشان داد که ‌چگالی و خواص مکانیکی نمونه‌ها تا مقدار ‌HfC‌ ۱۵% افزایش داشته و پس از آن افت پیدا می‌کند. بنابراین در ‌دما و زمان سینتر یکسان، نمونه‌ی حاوی ‌HfC‌ ۱۵% دارای بالاترین چگالی نسبی (۹۷/۹۹%) و کمترین تخلخل ‌ظاهری (۰۷/۰%) بود. همچنین بیشترین استحکام خمشی (‌MPa‌ ۵۹۲) و چقرمگی شکست (‌MPa√m‌ ۹۸/۴) ‌مربوط به این کامپوزیت است که حتی بیشتر از کامپوریت دارای ‌HfC‌ ۲۰% است که بیشترین سختی (‌GPa‌ ‌‌۷/۲۲) را نشان داد. در مورد اثر دما و زمان سینتر نیز مشخص شد که با افزایش هر یک از این عامل‌ها چگالی ‌و خواص نمونه بهبود یافته و همچنین افزایش دما نسبت به افزایش زمان سینتر، تاثیر بیشتری در بهبود ‌خواص نمونه دارد. همچنین دو نمونه‌ی کامپوزیت دارای ۰% و ۱۵% ‌HfC‌ به مدت یک ساعت در دمای ۱۵۰۰ ‌درجه سانتی‌گراد در اتمسفر هوا تحت اکسیداسیون قرار گرفتند که تصاویر ‌FESEM‌ و نمودار تغییرات جرم ‌حاکی از محافظت اکسیداسیون مطلوب در هر دو نمونه بود.‌

کلمات کلیدی: سرامیک های فوق دما بالا، هافنیوم دی بوراید، کامپوزیت، ریزساختار، خواص مکانیکی، اکسیداسیون، سینتر جرقه  پلاسما