تأثیر فراسنجهاي اجرایی بر سنتز احتراقی کامپوزیتهاي نیترید آلومینیوم- کاربید سیلیسیم با
کاربرد منبع جامد نیتروژن به کمک میکروویو زهرا عباسی*1، محمد حسین شریعت2 و سیروس جوادپور3

چکیده
سنتز کامپوزیتهاي نیترید آلومینیوم- کاربید سیلیسیم از روش واکنش احتراقی بین پودرهاي آلومینیوم، کربن و نیترید سیلیسیم (منبع جامد نیتروژن) مورد بررسی قرار گرفت. واکنش احتراق با شعلهور ساختن مخلوط پودري، درون یک فر خانگی بوسیلهي حرارتدهی میکروویوي، آغاز گردید و از این روش سرامیک مورد نظر در محصول سنتز، مشاهده شد. براي دستیابی به محصول بیشتر، چندین فراسنج در مراحل گوناگون سنتز، تغییر داده شد. این فراسنجها شامل زمان آسیاکاري، مقدار کربن موجود در مخلوط واکنش دهنده و جرم مخلوط واکنش دهندهي فشرده شده، بود. تغییر دو فراسنج نخست، تأثیري چشمگیر بر افزایش میزان تولید نداشت، اما افزایش اندازهي نمونه، احتراق کاملتر و میزان تبدیل بیشتري را امکانپذیر ساخت. دماي احتراق سیستم به گونهي تئوري و تجربی بررسی گردید. ریز ساختار و نوع فاز محصولات به ترتیب به وسیلهي میکروسکوپ الکترونی روبشی و پراش اشعهي ایکس، مورد تحلیل قرار گرفت.

واژههاي کلیدي: سنتز احتراقی، کامپوزیت، نیترید آلومینیوم- کاربید سیلیسیم، حرارتدهی میکروویوي، دماي احتراق.

دانشجوي کارشناسی ارشد مهندسی مواد، بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز.
استاد بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز.
استادیار بخش مهندسی مواد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز.
zahra_abbasi_1364@yahoo.com :نویسندهي مسئول -*
پیشگفتار
نیترید آلومینیوم1 در سیستم دوتایی آلومینیوم ونیتروژن تنها ترکیب پایدار است. این ماده، به دلیل ویژگیهاي منحصر به فرد، از جمله رسانایی گرمایی و مقاومت الکتریکی بالا، ضریب انبساط حرارتی پایین، ویژگیهاي ديالکتریک مناسب و مقاومت خوب در برابر شوك حرارتی به عنوان یک مادهي مهم صنعتی مورد تأیید میباشد[1]. این سرامیک همچنین، داراي استحکام مکانیکی بالا، چگالی پایین و مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون است[2]. در کاربردهاي الکترونیکی به عنوان مادهي زیر لایه بکار میرود و در قطعات سازهاي دما بالا از آن استفاده میشود[3]، همچنین، براي ساخت مواد کامپوزیتی با رسانایی گرمایی بالا و انبارههاي حرارتی بکار میرود.
کاربید سیلیسیم2، سرامیکی نسوز است که سختی، چقرمگی و مقاومت در برابر خزش آن بالاتر از نیترید آلومینیوم است[5]. این ماده داراي رسانایی گرمایی خوب و مقاومت شیمیایی عالی است[6] و بمنظور کاربردهاي محیطی سخت، مانند مبادله کنندههاي حرارتی دما بالا و بوشهاي سیلندر3 براي موتورهاي احتراقی آزمایشی بکار میرود[7].
مناسب براي سرامیکهاي الکترونیکی دما بالا بشمار جامد میتواند در مدت چند ثانیه انجام گیرد. در این روش میروند. این کامپوزیتها عملکرد عالی در تضعیف از منبع نیتروژن گازي استفاده میشود و حرارت تولید کنندگی میکروویو دارند[9]. شده به وسیلهي نیتریداسیون آلومینیوم، تشکیل فاز سرامیک نیترید آلومینیوم-کاربید سیلیسیم در طی کاربید سیلیسیم را تضمین میکند. اگرچه، بمنظور بدست سالهاي گذشته، به وسیلهي روشهاي گوناگونی تولید آوردن محلولهاي جامد همگن، سنتز احتراقی باید تحت شده است. عمدهي این روشها، شامل احیاي کربوترمال یک فشار نیتروژن بالا (تقریباًMPa 6) انجام گیرد[15].
آلومینا و سیلیکا در اتمسفر نیتروژن[10]، پرسکاري گرم در سنتز احتراقی اشتعال میتواند به وسیلهي جرقهي الکتریکی، لیزر یا یک المان حرارتی ایجاد شود که این 1 منابع میتوانند انرژي را بهگونهاي متمرکز درون قطعه
– AlN
2- SiC
4- Self-Propagating High-Temperature Synthesis 3- Cylinder Liners
محلول جامد نیترید آلومینیوم-کاربید سیلیسیم به دلیل ساختار مشابه و ویژگیهاي دما بالاي هر دو سرامیک، ویژگیهاي مکانیکی بهینهاي از جمله بهبود استحکام خمشی و چقرمگی شکست، ایجاد میکند [8]. کامپوزیتهاي نیترید آلومینیوم-کاربید سیلیسیم نیز داراي ویژگیهاي مکانیکی جالبی هستند. آنها مادهاي مخلوط پودري نیترید آلومینیوم و کاربید سیلیسیم[11] وسنتز احتراقی [12] میباشد.
سنتز احتراقی یا سنتز دما بالاي خود پیشرو4، بمنظور ساخت مقرون به صرفهي نیترید آلومینیوم-کاربید سیلیسیم مورد توجه پژوهشگران بسیاري قرار گرفته است.
سنتز احتراقی در مقایسه با سنتز واکنش حالت جامد مزایایی بسیار دارد که از آن جمله میتوان به تولید انرژي مورد نیاز به وسیلهي خود فرآیند، سادگی آن، قیمت کمتر و خلوص بالاتر محصولات اشاره کرد[13].
تا کنون در این مورد، دو روش آزمایشی بکار گرفته شده است. در روش نخست، سنتز از راه واکنش بین پودرهاي نیترید سیلیسیم، آلومینیوم و کربن تحت تأثیر یک میدان الکتریکی انجام میشود. اگرچه واکنش بین این سه ماده، به شدت گرمازاست، اما بدون بکارگیري یک ولتاژ خارجی بالاي مقدار آستانه، هیچ موج احتراقی خود پیشرو نمیتواند در این سیستم آغاز شود. بنابراین، محلولهاي جامد تنها هنگامی میتوانند تشکیل شوند که بزرگی میدان اعمالی نسبتاً بالا باشد. در میدانهاي اعمالی کمتر، محصول، کامپوزیتی شامل فازهاي غنی از نیترید آلومینیوم و غنی از کاربید سیلیسیم است که ترکیب شیمیایی آنها به میدان اعمالی بستگی دارد. همانگونه که ملاحظه میشود، در این سیستم منبع نیتروژن جامد بکار میرود[12و14].
در روش دوم، مخلوطهاي پودري آلومینیوم، سیلیسیم، کربن یا آلومینیوم و کاربید سیلیسیم در یک اتمسفر نیتروژن در فشارهایی در محدودهي 1/0 تا MPa 10 مشتعل میشوند. در این شرایط، سنتز محلول بفرستند، اما راهی دیگر نیز براي ایجاد اشتعال حین سنتزاحتراقی وجود دارد که آن اشتعال به وسیلهي میکروویواست. در این روش شیب حرارتی بر عکس روشهاي معمول است، بنابراین موج حرارتی به اجبار به سمت بیرون حرکت میکند و مواد اولیهي سر راه خود را به محصول نهایی تبدیل میکند. در سنتز احتراقی به وسیلهي میکروویو، دماي اشتعال درون قطعه ایجاد میشود و با افزایش دماي درون، میزان جذب انرژي میکروویو نیز زیادتر میشود. زیرا گرمایش، هم به وسیلهي جذب میکروویو و هم به وسیلهي گرماي آزاد شده واکنش انجام میپذیرد و دماي احتراق بالاتري ایجاد خواهد شد[16].
در این پژوهش، هدف این است که از سنتز احتراقی به وسیلهي میکروویو بمنظور تولید سرامیکهاي نیترید آلومینیوم- کاربید سیلیسیم با بکارگیري منبع جامد نیتروژن، استفاده شود. در اینجا هیچ میدان الکتریکی اعمال نخواهد شد. نخست سنتزها با حضور منبع جامد نیتروژن، یعنی نیترید سیلیسیم در هوا انجام میگردد و سپس با تغییر زمان آسیاکاري، افزایش مقدار کربن موجود در مخلوط واکنش دهنده و افزایش جرم نمونه در سنتز مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

مواد و روشها
مواد خام استفاده شده در این پژوهش، شامل: پودرهاي آلومینیوم، کربن و نیترید سیلیسیم میباشد. این پودرها بر پایهي نسبت استوکیومتري واکنش (1) توزین شدند و به مدت 1 ساعت درون آسیاي سایشی1 به وسیلهي گلولههاي زیرکونیا در محیط اتانول مخلوط شدند. سپس مخلوط بدست آمده به مدت 2 ساعت در دماي 150 درجهي سانتیگراد خشک شد و پس از گرانوله شدن به وسیلهي چسب PVA (بمنظور کمک به بهبود فشردهسازي)، از الک m?250 عبور داده شد. ویژگیهاي پودرهاي مورد استفاده، در جدول 1 آورده شده است.
4Al + Si3N4 + 3C = 4AlN + 3SiC (1)
1
– Attrition Milling
پودرهاي بدست آمده به صورت نمونههاي استوانهاي
5/0گرمی با قطر 12 میلیمتر با فشار کم، پرس سرد شدند. واکنش سنتز احتراقی نمونههاي پرس شده، درون یک فر میکروویو خانگی (LF-5702NR,LG) با توان W900 (در اتمسفر خود فر با فشار هوا) انجام گردید.
دماي واکنش بوسیلهي پیرومتر (VF-3000,Optex) که روي نمونه، متمرکز شده بود، اندازهگیري شد. نوع فاز و ریز ساختار محصولات به ترتیب با استفاده از دستگاه پراش اشعهي ایکس (D8-Advance,Brucker) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (S-360,Oxford) تعیین گردید.

نتایج و بحث
شکل 1، الگوي پراش اشعهي ایکس مربوط به محصول سنتز انجام شده را روي مخلوطی از آلومینیوم، 4Si3N (منبع جامد تامینکنندهي نیتروژن) و کربن نشان میدهد. همانگونه که مشاهده میشود، پس از سنتز، پیکهاي اصلی AlN با شدت بالا ایجاد گردیده است.
AlN تولید شده داراي ساختاري مکعبی است. SiC نیز تا حدودي تشکیل شده است و در اینجا ساختار آن هگزاگونال است. از سوي دیگر، مواد اولیهي واکنش نداده نیز در محصول مشاهده میشود. میتوان نتیجه گرفت که تولید سرامیک AlN-SiC از روش سنتز احتراقی به کمک میکروویو بدون حضور منبع گازي نیتروژن قابل انجام است، اما در این مسیر باید در پی راههایی براي حذف مواد اولیه از محصول بود. بر این اساس، چندین فراسنج تأثیرگذار بر سنتز تغییر داده شد تا اثرات آنها بر محصول واکنش مورد بررسی قرار گیرد. این فراسنجها به ترتیب، زمان آسیاکاري سایشی، مقدار کربن موجود در مخلوط واکنش دهنده و جرم پودرهاي فشرده شده میباشند.
شکل 2، الگوي پراش اشعهي ایکس مربوط به مرحلهاي را نشان میدهد که در آن زمان آسیاکاري به ترتیب نصف و دو برابر شده است. به دلیل جزیی بودن میزان تغییرات از آوردن الگوي حالت پیش (زمانآسیاکاري 60 دقیقه) صرفنظر شده است. گفتنی است کهآسیاکاري سایشی یک آسیاکاري پرانرژي میباشد کهافزون بر این، مخلوطسازي اندازهي ذرات پودر را نیزکاهش میدهد. با افزایش زمان آسیاکاري اندازهي ذراتپودر کوچکتر میشود و بهدلیل افزایش مخلوطسازي، ذراتی که قرار است با هم واکنش دهند، بهتر در کنار یکدیگر توزیع میشوند. گزارش شده است که ریز شدن اندازهي ذره، احتراق بهتري را نتیجه میدهد [17]، اما همانگونه که در این شکل مشاهده میشود، تغییر زمان آسیاکاري از 30 تا 120 دقیقه، یعنی چهار برابر شدن آن بر خلاف انتظار، تأثیر بسیار جزیی روي محصول داشته است. بنابراین، در مورد این سیستم واکنشی، افزایش زمان آسیاکاري به این اندازه نمیتواند تأثیر مطلوبی روي کاملتر شدن احتراق و افزایش درجه تبدیل به محصول داشته باشد.
در مرحلهي بعد، مقدار کربن در مخلوط واکنش دهنده افزایش داده شده است. این مقدار به ترتیب دو و چهار برابر وزن استوکیومتري آن در نظر گرفته شده است.
الگوي پراش اشعه ایکس این مرحله را میتوان در شکل 3 مشاهده نمود. گزارش شده است که حضور کربن اضافی سبب بهبود خلوص و همگنی محصول میشود [18]. بنابراین، در این مرحله کربن اضافی بکار گرفته شد تا اثر آن روي محصول بدست آمده مورد بررسی قرار گیرد. در شکل 3، نشان داده شده که در این مرحله نیز افزودن کربن تأثیري روي محصول بدست آمده نداشته است و در این مقیاس این روش راه حل مناسبی براي بهبود شرایط نمیباشد.
در مرحلهي پایانی، تغییر جرم مخلوط واکنش دهندهي فشرده شده مورد بررسی قرار گرفت، نخست این جرم چهار برابر و سپس شانزده برابر گردید. در شکل 4 بمنظور مقایسه، الگوي پراش اشعهي ایکس این مرحله همراه الگوي مرحلهي نخست آورده شده است. با چهار برابر شدن جرم نمونه، جز افزایش جزیی در میزان AlN، تغییرات قابل ملاحظهي دیگري در الگوي پراش اشعهي ایکس مشاهده نمیشود. با شانزده برابر شدن جرم نمونه، پیکهاي 4Si3N به گونهي کامل حذف شده و شدت پیکهاي آلومینیوم و کربن به شدت کاهش یافته است.
افزون بر این، پیکهاي جدیدي از SiC مشاهده میشود. شدت پیکهاي موجود در الگوهاي پیشین نیز در این الگو افزایش یافته است. پیکهاي AlN به گونهي کامل تغییرکردهاند و تقریباً شدت بالایی دارند.
در گزارشهاي منتشر شده بیان شده است که زمانی که اندازهي نمونه افزایش مییابد [19]، به ازاي واحد سطح نمونه، حرارت بیشتري تولید میگردد و در نتیجه دماي نمونه را بالاتر میبرد. چهار برابر کردن اندازهي نمونه تغییري محسوس در محصول ایجاد نکرده است. بالا رفتن دما فقط در حدي بوده است که به گونهاي جزیی تجزیهي 4Si3N و تشکیل AlN را افزایش دهد، اما در مورد شانزده برابر کردن جرم نمونه، نسبت حرارت به سطح افزایش یافته است. این افزایش حرارت در حدي است که 4Si3N را به گونهي کامل تجزیه کرده است، به گونهاي که دیگر در محصول اثري از آن دیده نمیشود. بنابراین، شرایط براي تشکیل AlN و SiC بیشتر فراهم شده است. همانگونه که مشاهده میشود در محصول، SiC بیشتري وجود دارد. با مطالعهي ویژگیهاي نیترید آلومینیوم در آنالیز پراش اشعهي ایکس مشخص میشود که در موارد پیشین AlN ایجاد شده، داراي ساختار کریستالی مکعبی بوده، اما در این نمونه ساختار آن به ساختار هگزاگونال تبدیل شده، به همین دلیل مکان و شدت پیکهاي آن تغییر کرده است. تشکیل AlN و SiC سبب شده که از مقدار آلومینیوم و کربن باقیمانده کاسته گردد. زمانیکه 4Si3N به گونهي کامل تجزیه شده، مقداري هم سیلیسیم در محصول به جا گذاشته است که نتوانسته با کربن باقیمانده واکنش دهد. در گزارشها اشاره شده است که راهکار حذف سیلیسیم باقیمانده در محصول، افزایش دماي احتراق و بالا نگهداشتن آن است[20].
بنابراین، نتیجه میشود که با افزایش اندازهي نمونه میتوان میزان مواد اولیهي باقیمانده در محصول را به کمترین حد رسانید و یا حتی آن را حذف کرد. ضمن این که از این روش میتوان نیترید آلومینیوم و کاربید سیلیسیمی بدست آورد که هر دو داراي ساختار هگزاگونال باشند.
دماي احتراق آد یاباتیک (Tad) یـک مقیـاس مناسـببراي سنجش گرمازایی واکنش و حالت فازهـاي گونـاگون میباشد[21]. به شرط اینکه حالت خود پیشرو در دمـ اياتاق (298 درجهي کلوین) بدون ه یچ گونـه پـ یشگرمـ یآغاز گردد، مقدار Tad مـی توانـد بـر مبنـ اي رابطـه ي ز یـ رمحاسبه گردد [19]:
(2)
0H298298Tad 298njCp Pj dTnjLPj کـه در ایـن را بطـه (298)ΔH آنتـالپی واکـنش در 298 درجـهي کلـوین، (Cp(Pj و (L(Pj بـه ترتیـب ظرفیـت گرمایی و گرمـاي نهـان تغییـر فـاز محـصول (البتـه اگـر محصول یک تغییر فاز انجام دهد، مانند جامد به مـایع یـا مایع به گاز) میباشند. آنتالپی واکنش با استفاده از آنتالپی تشکیل هر کدام از اجزا قابل محاسبه مـی باشـ د [22]. در این حالت مقدار (298)ΔH بدست آمده براي واکـنش 1 در دماي اتاق برابر با 5/729- کیلوژول میباشـ د. حـال بـ ا توجه به اینکه محصول، شامل 4 مول نیترید آلومینیـوم و 3 مول کاربید سیلیسیم میباشد، رابطـ هي (2) بـه شـکل رابطهي زیر در میآید:
(3) H298298Tad4CpAIN3CpSiCdT با استفاده از دادههاي ترمودینامیکی دماي آدیاباتیک بدست آمده از رابطهي (3) برابر با 2/2043 درجهي سانتیگراد میباشد [22]. براي این سیستم دماي بیشینهي اندازهگیري شده به وسیلهي پیرومتر برابر با 1027 درجهي سانتیگراد است. تفاوت بین دماي احتراق واقعی و دماي آدیاباتیک، یک امر طبیعی است. دلیل آن این است که واکنشهاي سنتز احتراقی معمولاً در شرایط غیر آدیاباتیک انجام میشوند و حین فرآیند، اتلاف حرارت به خارج از سیستم وجود دارد [19] و از سوي دیگر، کامل نشدن واکنش در کمتر شدن دما اثرگذار است. بنابراین، دماي احتراق در کل کمتر از دماي احتراق آدیاباتیک تئوري بیشینه میباشد. دماي بیشینهي اندازهگیري شده براي نمونهي 8 گرمی، مقدار 1824 درجهي سانتیگراد میباشد که خود گویاي این است که در این سیستم احتراقی بهتر و کاملتر رخ داده است.
براي سیستم AlN-SiC یک نمودار فازي تجربی وجود دارد [6] که وجود یک دماي بحرانی حدود 1960 درجهي سانتیگراد را نشان میدهد. این دماي بحرانی، ناحیهي محلول جامد پایدار و ناحیهي شبه پایداري که تمایل دارند به فازهاي غنی از AlN و SiC تقسیم شوند را از هم جدا میکند. این نمودار در شکل 5 آورده شدهاست. همانگونه که مشاهده میشود، بالاتر از دماي 1960 درجهي سانتیگراد، سیستم AlN-SiC در یک ناحیهي محلول جامد پایدار هگزاگونال قرار دارد. چون بیشترین دماي اندازهگیري شده به وسیلهي پیرومتر در این پژوهش 1824 درجهي سانتیگراد است و این دما، پایینتر از دماي بحرانی است، پس میتوان نتیجه گرفت که محصول بدست آمده در این پژوهش، یک کامپوزیت از AlN و SiC است، اما به دلیل یکسان بودن ساختار هگزاگونال AlN و SiC در این مرحله و تسهیل تشکیل محلول جامد بین آن دو، میتوان انتظار داشت که با افزایش بیشتر اندازهي نمونه و در نتیجه افزایش دماي سیستم، بین این دو سرامیک یک محلول جامد پایدار هگزاگونال تشکیل شود.
در گزارشهاي منتشر شده تاکید شده است که براي رسیدن به سرامیک AlN-SiC از راه واکنش بین آلومینیوم، نیترید سیلیسیم و کربن، یا باید یک میدان الکتریکی قوي اعمال گردد و یا سنتز تحت اتمسفر نیتروژن انجام گیرد [23، 15 و 14]. در این پژوهش این فرآیند با استفاده از گرمایش میکروویو، بدون اعمال میدان الکتریکی و بدون بکارگیري اتمسفر نیتروژن با موفقیت انجام گرفت.
در شکل 6، تصاویر SEM مربوط به نمونههاي 5/0 گرمی (a)، 2 گرمی (b) و 8 گرمی (c) سنتز شده مشاهده میشود. فاز سوزنی شکل به، 4Si3N که به صورت واکنش نداده در محصول باقیمانده است، مربوط میشود. با افزایش اندازهي نمونه، از مقدار این فاز سوزنی کاسته میشود تا زمانیکه در نمونهي 8 گرمی به گونهي کامل حذف گردد. اندازهي ذرات موجود با افزایش اندازهي نمونه، افزایش مییابد که دلیل آن رشد دانه با بالا رفتن
دماست. در شکل a، میتوان حضور چندین فاز را
تشخیص داد، ولی با افزایش اندازهي نمونه، افزایش دما و کاهش مواد اولیهي باقیمانده در محصول، از این ناهمگنی کاسته شده است. بنابراین، در شکل c یک ریخت شناسی تقریباً یکنواخت دیده میشود که حضور فازهاي کمتريدر آن مشاهده میشود. در این فرآیند اگر شرایط افزایشدما، تشکیل محلول جامد و مصرف شدن تمامی سیلیسیمو کربن باقیمانده، آماده گردد، انتظار میرود که یکریختشناسی یکنواخت و همگن با حضور یک فازهگزاگونال بوجود آید.

نتیجه گیري
در این پژوهش، امکان سنتز کردن کامپوزیتهاي سرامیکی نیترید آلومینیوم- کاربید سیلیسیم به وسیلهي واکنش سنتز احتراقی از روش مشتعل ساختن مخلوط پودري آلومینیوم، نیترید سیلیسیم و کربن در فر میکروویو مورد بررسی قرار گرفت. این سنتز با موفقیت بدون نیاز به اعمال میدان الکتریکی و استفاده از اتمسفر نیتروژن انجام شد. در این پژوهش براي رسیدن به محصولی با کیفیت بالاتر، چندین فراسنج در مراحل گوناگون سنتز، تغییر داده شد. تغییر زمان آسیاکاري و افزایش مقدار کربن تأثیربسزایی روي محصول سنتز نداشت، اما در مورد افزایش جرم مخلوط پودري فشرده شده، نتیجه چشمگیرتر است.
افزایش اندازهي نمونه، سبب افزایش دماي سیستم گردید و احتراقی کاملتر را ایجاد کرد. شانزده برابر کردن اندازهي نمونه، میزان مواد اولیهي باقیمانده را به کمترین حد رسانید و دماي احتراق اندازهگیري شده را به شدت افزایش داد. در این شرایط نیترید آلومینیوم بدست آمده، ساختار هگزاگونال از خود نشان داد که با افزایش بیشتر دما میتوانست با کاربید سیلیسیم، محلول جامد پایدار تولید کند.

Aluminum Silicon Carbide”, J. Am. Ceram. Soc, Vol. 85[7], pp. 1894-1896, 2002.
L. Mei and J.T. Li, “Synthesis of AlN-SiC Solid Solution Through Nitriding Combustion of Al-C-Si3N4 in Air”, Acta Mater, Vol. 56, pp. 3543-3549, 2008.
I.B. Cutler, P.D. Miller, W. Rafaniello,
H.K. Park, D.P. Thompson and K.H. Jack, “New Materials in the Si-C-Al-O-N and Related Systems”, Nature, Vol. 275[5679], pp. 434-435, 1978.
R. Ruh and A. Zangvil, “Composition and Properties of Hot-Pressed SiC-AlN Solid Solution”, J. Am. Ceram. Soc, Vol. 65[5], pp. 260-265, 1982.
H. Xue and Z.A. Munir, “The Synthesis of Composites and Solid Solutions of α-SiC-AlN by field-Activared Combustion”, Scr. Mater, Vol. 35, pp. 979-982, 1996.
J. Subrahmanyam and M. Vijaykumar,
“Review, Self-Propagating High-Temperature Synthesis”, J. Mater. Sci., Vol. 27, pp. 62496273, .2991
H. Xue and Z.A. Munir, “Synthesis of
AlN-SiC Composites and Solid Solution by Field-Activated Self-Propagating Combustion”, J. Eur. Ceram. Soc., Vol. 17, pp. 1787-1792, .7991
M. Ohyanagi, N. Balandina, K. Shirai, M.
Kiozumi and Z.A. Munir, “Synthesis of AlNSiC Solid Solution by Combustion Nitridation”, pp. 3-12 in Ceramic
Transactions,Vol. 94, .8991
منابع
T-J.Mroz Jr, “Annual Materials Review: Aluminum Nitride”, Am. Ceram. Soc. Bull, Vol. 71[5], pp. 782-786, 1992.
L.M. Sheppard and M. Laurel, “Aluminum
Nitride: A Versatile but Challenging Material”, Am. Ceram. Soc. Bull, Vol. 69[11], pp. 18011812, 1990.
Y. Kurokawa, K. Utsumi and H. Takamizawa, “Development and Microstructural Characterization of High-ThermalConductivity Aluminum Nitride Ceramics”, J. Am. Ceram. Soc, Vol. 71[7], pp. 588-594, 1988.
Z.C. Jou and A.V. Virkar, “HighTemperature Creep and Cavitation of Polycrystalline Aluminum Nitride”, J. Am. Ceram. Soc, Vol. 73[7], pp. 1928-1935, 1990.
C.K. Unni and D.E. Gordon, “Mechanical
Properties of Monolithic AlN and SiCw/AlN Composites”, J. Mater. Sci, Vol. 30, pp. 11731179, .5991
A. Zangvil and R. Ruh, “Phase Relationship in the Silicon Carbide-Aluminum nitride System”, J. Am. Ceram. Soc, Vol. 71, pp. 884890, .8891
R.N. Katz, “High Temperature Structural
Ceramics”, Science, Vol. 208, pp. 841-847, .0891
K. Itatani, R. Tsukamoto, A.C.A. Delsing,
H.T. Hintzen and I. Okada, “Preparation of
Aluminum Nitride-Silicon Carbide
Nanocomposite powder by the Nitridation of 20- C. Kexin, J. Haibo, H.P. Zhou and J.M.F.
Ferreira, “Combustion Synthesis of AlN-SiC Solid Solution Particles”, J. Eur. Ceram. Soc., Vol. 20, pp. 2601-2606, 2000.
P. Shen, W. Sun, B. Zou, L. Zhan and Q.
Jiang, “Al Content Dependence of Reaction
Behaviors and Mechanism in Combustion Synthesis of TiB2-AlN-Based Composites”, Chem. Eng. J., 150: 261-268 (2009).
O. Knacke, O. Kubaschewski and K.
Hesselman, “Thermodynamical Properties of Inorganic Substances”, 2nd ed., SpringerVerlag, 1991.
D. Kata, K. Shirai and M. Ohyanagi,
“Formation Mechanism of AlN-SiC Solid
Solution by Combustion Nitridation in Si3N4Si-Al-C System”, J. Am. Ceram. Soc., Vol. 16- D.E. Clark, I. Ahmad and R.C. Dalton, “Microwave Ignition and Combustion Synthesis of Composites”, Mater. Sci. Eng.,Vol. A144, pp. 91-97, 1991.
J.J. Moore and H.J. Feng, “Combustion Synthesis of Advanced Materials: Part I . Reaction Parameters” , Prog. Mater. Sci., Vol. 39, pp. 243-273, 1995.
R.C. Juang, C.C. Chen, J.C. Kuo, T.Y.
Huang and Y.Y. Li, “Combustion Synthesis of Hexagonal AlN-SiC Solid Solution Under Low Nitrogen Pressure”, J. Alloys Compd., Vol. 480, pp. 928-933, 2009.
E. Hagen, T. Grande, M.A. Einarsrud,
“Preparation and Properties of Porous Aluminum Nitride-Silicon Carbide Composite Ceramics”, J. Am. Ceram. Soc., Vol. 87[7], pp.
1200-1204, 2004. ]4[48, pp. 726-732, .1002
جدول 1- ویژگیهاي مواد خام مورد استفاده. پیوستها
تولید کننده خلوص(%جرمی) اندازه(میکرون) مواد خام
متالورژي پودر خراسان
اسکاي اسپرینگ، هوستن
– 45 99 0/5 -1/0 99/5
90 99 آلومینیوم
نیترید سیلیسوم کربن

شکل 1- الگوي پراش اشعهي ایکس محصول سنتز مخلوط پودري آلومینیوم، نیترید سیلیسیم و کربن.

شکل 2- الگوي پراش اشعهي ایکس مربوط به تغییر زمان آسیا کاري.

شکل 3- الگوي پراش اشعهي ایکس مربوط به تغییر مقدار کربن از حالت استوکیومتري.

شکل 4- الگوي پراش اشعهي ایکس مربوط به تغییر وزن مخلوط پودري فشرده شده.

شکل 5- دیاگرام فازي سیستم AlN-SiC [6].

شکل 6- تصاویر SEM مربوط به اثر افزایش اندازهي نمونه: a) نمونهي 5/0 گرمی، b) نمونهي 2 گرمی، c) نمونهي 8 گرمی (در هر کدام از شکلهاي a و b براي نمونه، دو مورد از فاز سوزنی نشان داده شده است).



قیمت: تومان


پاسخ دهید