بهينه‌سازي پارامترهاي ريخته‌گري دوغابي پودر نانوكامپوزيت آلومينا/ ايتريا جهت ساخت سراميك‌هاي شفاف ايتريم آلومينيم گارنت

Optimization of Slip Casting Parameters of Alumina Yttria Nanocomposite Powder for Obtaining Transparent Yttrium Aluminum Garnet Ceramics

در اين پژوهش، به‌منظور ساخت سراميك شفاف ايتريم آلومينيم گارنت (YAG)، از تف‌جوشي پلاسماي جرقه‌اي (SPS) دو نمونه خام ريخته‌گري دوغابي شده و نمونه پودري از نانوكامپوزيت هسته- پوسته آلومينا/ ايتريا استفاده شد. فاز تشكيل دهنده، ميزان عبور نور و همچنين ريزساختار قطعات سراميكي تف‌جوشي شده با يكديگر مقايسه شد. در فرايند ريخته‌گري دوغابي، از دولاپيكس 64 CE به‌عنوان عامل پراكنده‌ساز جهت پايدار‌سازي دوغاب حاصل از پودر نانوكامپوزيتي استفاده شد. اثر غلظت دولاپيكس و مقدار اسيديته بر پايداري دوغاب مطالعه و نمودارهاي گرانروي دوغاب در مقادير مختلف اسيديته و درصدهاي مختلف وزني دولاپيكس بررسي شد. رفتار رئولوژيكي دوغاب تهيه شده از پودر نانوكامپوزيتي در بارهاي جامد 60 تا 70 درصد وزني، با اندازه‌گيري گرانروي و تنش برشي به‌عنوان تابعي از نرخ برشي مطالعه شد. نتايج نشان داد كه دوغاب مورد بررسي، با افزودن 5/2 درصد وزني دولاپيكس داراي پايين‌ترين مقدار گرانروي در اسيديته 10 است. دوغاب با 60 درصد وزني بار جامد داراي رفتار نيوتوني است و اين رفتار در بارهاي جامد بالاتر نيز حفظ مي‌شود. فرايند ريخته‌گري دوغابي موجب توزيع يكنواخت اندازه تخلخل و حذف تخلخل‌هاي بزرگ در نمونه خام و نهايتاً دستيابي به سراميك شفاف YAG با عبور حدود 60 درصد پس از فرايند SPS شد. اين مقدار شفافيت بسيار بيشتر از عبور نمونه پودري SPS شده يعني حدود 30 درصد، تحت شرايط يكسان بود.

In this study, Spark Plasma Sintering (SPS) of both slip casted and powder specimens of alumina/ yttria core-shell nanocomposite were utilized for fabricating transparent Yttrium Aluminum Garnet (YAG) ceramics. Phase evolution, optical transmittance and the microstructure of sintered samples were compared. In slip casting process, Dolapix CE64 was used as a dispersant for preparing the stable aqueous slurry of this nanocomposite powder. The effect of Dolapix concentration and pH value on the stability of the suspension was described, and the viscosity diagrams were investigated at different pH value and different weight percents of Dolapix. The rheological behavior of the nanocomposite powder slipped at 60-70 wt% solid loading was studied by measuring their viscosity and shear stress as a function of shear rate of the slurry. The results showed that, the suspension has a minimum viscosity at pH of 10 by addition of 2.5 wt% Dolapix. Also, the slurry with solid loading of 60 wt% showed the Newtonian behavior and this rheological behavior was preserved even above this solid loading values. Slip casting technique caused the uniform size and pores distribution as well as eliminating large pores in the green body. Consequently, transparent YAG ceramic with 60% optical transmittance was achieved after SPS process of slip casted green body which was much higher than that of nanocomposite powder, i.e. about 30% at the same sintering conditions.