تاثير روش احياء بر ريزساختار و خواص مكانيكي كامپوزيت آلومينا- كبالت

Reduction Effect on Microstructure and Mechanical Properties of Alumina-Cobalt Composite

هدف اين پژوهش مقايسه روش هاي احياي كامپوزيت آلومينا-كبالت از اسپينل آلومينات كبالت از نظر خواص مورد نظر بود. براي دستيابي به هدف فوق، احياء اسپينل با سه روش بستر كربني، احياء واكنشي با پودر آلومينيوم (آلومينوترميك) و احياء واكنشي با پودر آلومينيوم حين زينتر مورد بررسي قرار گرفت. مقايسه نتايج نشان داد كه احياء اسپينل از روش بستر كربني فرآيندي زمان بر بود كه در نهايت با رشد دانه افراطي فاز فلزي رو به رو مي شود. نمونه هاي پودري حاوي آلومينا و اسپينل احياء شده به كبالت و آلومينا با روش آلومينوترميك به همراه نمونه پودري حاوي آلومينا، اسپينل و فلز آلومينيوم با روش پلاسماي جرقه اي با فشار MPa 30 در دماي ºC 1400 به مدت ده دقيقه زينتر شدند و سپس تحت بررسي هاي ريزساختار، فازي و خواص مكانيكي قرار گرفتند. چگالي نمونه احياء واكنشي با پودر آلومينيوم بعد از زينتر به حدود 87% چگالي تئوري خود رسيد در حالي كه چگالي نمونه احياء واكنشي با پودر آلومينيوم حين زينتر به حدود 95% چگالي تئوري خود رسيد. استحكام خمشي نمونه ي احياء واكنشي با پودر آلومينيوم و احياء واكنشي با پودر آلومينيوم حين زينتر به ترتيب حدود MPa 227 و MPa 354 شد. سختي نمونه ي احياء واكنشي با پودر آلومينيوم و احياء واكنشي با پودر آلومينيوم حين زينتر به ترتيب حدود GPa 9/8 و GPa 11/4، چقرمگي شكست نمونه ي احياء واكنشي با پودر آلومينيوم و احياء واكنشي با پودر آلومينيوم حين زينتر به ترتيب به حدود7.2Mpa.m1/2 و 9.1 Mpa.m1/2 رسيد. بر اين اساس مقايسه دو روش، احياء واكنشي با پودر آلومينيوم و احياء واكنشي با پودر آلومينيوم حين زينتر نشان داد. احياء واكنشي با پودر آلومينيوم حين زينتر مي تواند گزينه مناسب تري براي احياء باشد زيرا بدون هيچ گونه عمليات حرارتي اضافه قبل از زينتر، منجر به ريزساختاري ريزتري مي شود. همچنين اتصالات سراميك-فلز بهبود مي يابد كه منجر به بهبود خواص مكانيكي مي گردد.

The purpose of this research was to compare different reduction methods of alumina-cobalt composite from cobalt aluminate spinel. For this approach، the reduction of spinel with three methods of coke bed، reaction reduction with aluminum powder and reaction reduction with aluminum powder during sintering were investigated. The comparison of the results showed that the coke bed method was too time consuming which finally lead to excessive growth of the metal grains. The density of the sample which prepared from reaction reduction after sintering was 87% of theoretical density، while the density of the sample prepared from reaction reduction during sintering was 95%. The bending strengths of the reduced sample after sintering and during sintering were 227 and 354 Mpa respectively and The hardness of those samples were 7.2 and 9.1 Mpa.m1/2 respectively. With comparison of these results، it is clear that the reaction reduction during sintering method was a better way with no extra heat treatment and fines microstructure. Although this method can solve the wetting problem between metal and ceramic and leads to higher density which helps better mechanical properties.