مطالعه رفتار مقاومت به شوك حرارتي كامپوزيت‌هاي‌‌ ميكروني و نانوساختار آلومينا/ تيتانات آلومينيوم تهيه شده به روش زينتر واكنشي درجا

Thermal Shock Behavior Study of the Micro and Nano Structured Alumina/Aluminum Titnate Composites Prepared by in-Situ Reaction Sintering

در تحقيق حاضر رفتار مقاومت به شوك حرارتي آلوميناي تك فاز و دو نوع كامپوزيت نانو و ميكروساختار از آلومينا/تيتانات آلومينيوم حاوي 20 درصد وزني فاز ثانويه، به روش تجربي آزمون كوئينچ-استحكام مورد مطالعه قرار گرفته است. كامپوزيت ها با افزودن دو نوع TiO2 در مقياس ميكرو و نانومتر به آلومينا جهت تشكيل فاز ثانويه، ساخته شدند. پودرهاي اوليه بصورت دوغاب با هم مخلوط شده و پس از خشك كردن، نمونه ها توسط پرس تهيه شدند. فاز تيتانات آلومينيوم طي فرآيند زينتر واكنشي درجا از فازهاي TiO2 و Al2O3 حين عمليات زينتزيگ در كوره تشكيل شد. كامپوزيت هاي تهيه شده با انجام آزمون مقاومت به شوك حرارتي با نمودارهاي s-DT و آزمون­هاي پراش اشعه ايكس (XRD) و ميكروسكوپ الكتروني با گسيل ميداني (FESEM) مورد مطالعه قرار گرفتند. نتايج حاكي از تشكيل كامل فاز ثانويه تيتانات آلومينيوم (Al2TiO5) طي افزودن هر دو نوع TiO2 در زمينه آلومينايي بود. فاز ثانويه در كامپوزيت نانو ساختار بصورت لايه هاي ظريف در مقياس نانو در محل تقاطع دانه­هاي زمينه مشاهده شد. نتايج نشان دهنده مقادير مقاومت به شوك 230 ، 265 و ˚C290 به ترتيب براي نمونه­ هاي: آلوميناي تك فاز، كامپوزيت ميكروني و نانوكامپوزيت بودند. اين افزايش مقدار مقاومت به شوك حرارتي در كامپوزيت­ها نسبت به آلومينا را مي­توان به بالا بودن مقاومت به شوك فاز ثانويه تيتانات آلومينيوم نسبت به آلومينا و همچنين رفتار منحني R در چقرمگي كامپوزيت­ ها و فعال شدن مكانيسم ميكرو ترك شدن نسبت داد.

In the present study thermal shock behavior of monolothic alumina and two types of micro and nano aluminum tianate composites have been studied using quench-strength method. The powders were wet mixed and the slurry dried. Then the grinded powders were formed by isostatic pressing. The composites were prepared by in-situ reaction sintering of alumina with nano and micronized TiO2 addition to formation of 20 wt.% aluminum titanate as secondary phase. Investigations were carried out by -DT curves, X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FESEM) analysis. The results revealed fully formation of Al2TiO5 phases in the both case of micro and nano titania as a result of Al2O3 and TiO2 reaction sintering. The nano layer structure of the Al2TiO5 was formed at the triple junction of the alumina grains. Also thermal shock values of the alumina, micro and nano composites were measured about 230, 265 and 290 °C, respectively. Thermal shock increment of the composite in the comparison of the alumina can be related to the secondary phase effect on the rising toughness curve (R-curve) and microcracking of the composites.