فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:131
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد«M.Sc.»
گرایش سرامیک
فهرست مطالب:
عنوان صفحه
چکیده 1
فصل اول: مقدمه 2
فصل دوم: مروری بر تئوری ها و تحقیقات انجام شده 4
2-1- مقدمه 4
2-2- کامپوزیت ها 7
2-2-1- مزایای استفاده از مواد کامپوزیت 9
2-2-2- تاریخچه صنعت کامپوزیتها 9
2-3- نانو کامپوزیت ها 10
2-3-1- طبقه بندی نانو کامپوزیت ها 11
2-3-2- سیلیکات های لایه ای 12
2-3-3- ساختار نانو کامپوزیت 15
2-3-4- خواص مکانیکی 17
2-3-5- نانو کامپوزیت های پلیمری 18
2-4-تعریف و طبقه بندی کاربیدها 19
2-5-کاربید سیلیسیم 20
2-5-1-مقدمه 20
2-5-2-مشخصات عمومی کاربید سیلیسیم 21
2-5-3-ساختار و ترکیب کاربید سیلیسیم 21
2-5-4-انواع کاربید سیلیسیم 22
2-5-4-1-کاربید سیلیسیم نوع بتا ( ) 22
2-5-4-2-کاربید سیلیسیم نوع آلفا ( ) 22
2-5-5- پایداری انواع مختلف SiC بلوری 23
2-5-6- وضعیت گذشته و فعلی کاربید سیلیسیم 24
2-5-7- خلاصه ای از خواص SiC 24
2-5-8- برخی کاربرد های SiC 26
2-5-8-1- کاربرد به عنوان ساینده 26
2-5-8-2- دیر گدازها و المنت های کوره 26
2-5-8- 3- کاربردهای الکترونی و نوری 27
2-5-8-3-1- نیمه هادی کاربید سیلیسیم 28
2-5-8-3-2- کاربرد در صنعت IC 28
2-6- شیشه 28
2-6-1-تاریخچه شیشه 28
2-6-2-تعریف شیشه 29
2-7- اکسید سریم 30
2-7-1- کاربردهای اکسید سریم 31
2-8- اکسید سیلیسیم 32
2-9- ابزارهای برشی و سایند ها 33
2-9-1- ابزارهای برشی 33
2-9-2- ساینده‌ها 35
2-10-ترکیب پولیش پایه سریم و فرآیند آماده سازی آن 38
2-11- مشخصات اکسید سریک 39
2-12- فرایند آماده سازی ترکیب 40
2-13- ابزارهای ساینده سرامیکی پیوند داده شده 42
2-13-1- مقدمه 42
2-13-2- فرایند تولید 42
2-13-3- هدف از تولید ساینده های سرامیکی 43
2-13-4- روش ساخت ترکیبات 43
فصل سوم: روش تحقیق 44
3-1- مواد اولیه 44
3-1-1- اکسیدسریم 44
3-1-2- کاربیدسیلسیم 45
3-1-3- نانوسیلیس 45
3-1-4- افزودنی ها 46
3-2- تجهیزات آزمایشگاهی 46
3-2-1- هیتر 46
3-2-2- کوره 46
3-2-3- مگنت 46
3-2-4- ترازو 46
3-2-5- خشک کن 46
3-2-6- CCS 46
3-3- ابزار آزمایش و آنالیز نمونه‌ها 47
3-3-1- دستگاه پراش پرتو ایکس (XRD) 47
3-3-2- میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) 47
3-3-3- آزمایش اندازه‌گیری استحکام 47
3-4- روش انجام آزمایش 48
3-4-1- تهیه نمونه‌های سری اول 48
3-4-1-1- نمونه‌سازی مجموعه A 48
3-4-1-2- نمونه‌سازی مجموعه B 49
3-4-1-3- نمونه‌سازی مجموعه C 51
3-4-2- تهیه نمونه های سری دوم 51
3-4-2-1- نمونه D 52
3-4-2-2- نمونه E 53
3-4-2-3- نمونه F 53
3-4-2-4- نمونه G 54
3-4-2-5- نمونه H 54
3-4-3-تهیه نمونه های سری سوم 55
3-4-3-1- نمونه سازی مجموعه I 55
3-4-3-2- نمونه سازی مجموعه J 57
3-4-3-3- نمونه سازی سریK 58
3-4-3-4- نمونه سازی سریL 59
3-4-3-5- نمونه سازی سری M 60
3-4-3-6- نمونه سازی سری N 61
3-4-4- تعیین درصد وزنی جذب آب 62
3-4-5- انجام آزمایش سایش 63
3-4-6- استفاده از نرم افزار Image Analyzer 64
فصل چهارم: روش تحقیق 65
4-1- مقدمه 65
4-2- بررسی شکل ظاهری نمونه ها از نظر دمای پخت 65
4-2-1- نتایج نمونه های سری اول 65
4-2-2- نتایج نمونه های سری دوم 66
4-2-3- نتایج نمونه های سری سوم 67
4-2-3-1- نمونه های پخته شده در دمای ºc750 و ºc1000 67
4-2-3-2- نمونه های پخته شده در دمای ºc850 73
4-2-3-3- نمونه های پخته شده در دمای ºc1050 77
4-2-3-4- نمونه های پخته شده در دمای ºc950 79
4-3- بررسی نتایج آنالیز XRD 82
4-3-1- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I15 82
4-3-2- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I5 82
4-3-3- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I2 83
4-3-4- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I19 84
4-3-5- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N1 84
4-3-6- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N4 85
4-3-7- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N17 86
4-3-8- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N11 86
4-3-9- بررسی و مقایسه نتایج آنالیز XRD نمونه N14 و I9 87
4-3-10- بررسی و مقایسه نتایج آنالیز XRD نمونه N16 و I17 89
4-4- بررسی نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM )و Image Analyzer 91
4-4-1- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونهN1 91
4-4-2- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونهN4 92
4-4-3- بررسی نتایج SEM نمونه7N 93
4-4-4- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه N11 94
4-4-5- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه N14 95
4-4-6- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه N16 96
4-4-7- بررسی نتایج SEM نمونه I2 97
4-4-8- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه I9 98
4-4-9- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه I9 99
4-5- نتایج آزمایش استحکام 100
4-6- نتایج آزمایش سایش 101
4-7- تعیین وزن مخصوص ،درصد حجمی و درصد وزنی جذب آب 102
فصل پنجم: نتیجه‌گیری 103
منابع و مراجع 104
فهرست اشکال
عنوان صفحه
(شکل2 -1): مثال هایی از مواد مرکب 8
(شکل 2-2): طراحی از فرآیند میان افزایی 13
(شکل2-3): تصویر میکروسکوپ الکترونی نمونه رس خالص در بزرگنمایی 10000 14
(شکل2-4): ساختار مونت موری لونیت 15
(شکل 2-5): نفوذ پلیمر در فواصل بین لایه ای 16
(شکل 2-6): ساختارهای مختلف نانو کامپوزیت ها: الف) ساختار لایه ای متناوب . ب) ساختار
بینابین. ج) ساختار پراکنشی لایه ای[25]. 17
(شکل2-7): ساختار SiC 21
(شکل2-8): مکان اتمهای سیلسیم و کربن در SiC 23
(شکل2-9): صفحه[1120] در انواع 2H-SiC ، 6H-SiC ،3C-SiC ،.4H-SiC 24
(شکل 2-10): نحوه قرار گرفتن اتمها در ساختار اکسید سریم 31
(شکل2-11): نحوه قرار گرفتن اتمها در SiO2 33
(شکل2-12): مثالهایی از ابزارهای برشی برای ماشین کاری فولاد و چدن : قطعات سرامیکی
با عملکرد بالای SPK، سرمتها و و سیستم های ابزاری معمول برای
تراشکاری،فرزکاری،و سوراخکاری 34
(شکل 2-13): مثالهایی از ابزارهای سنگ زنی و با شکلها و
اندازه های متفاوت 37
(شکل 2-14): ریز ساختار دانه های سرامیکSapphire Blue برای کاربردهای ساینده 38
(شکل 3-1): الگوی پراش پرتو X پودر اکسید سریم 44
(شکل 3-2): الگوی پراش پرتو X پودر کاربید سیلیسیم 45
(شکل 3-3): الگوی پراش پرتو X پودر نانوسیلیس 45
(شکل 3-4): تصویر دستگاه Universal Testing Machine 48
(شکل 3-5): تصویر نمونه آماده شده برای آزمایش سایش 63
(شکل 3-6): تصویر پنجره نرم افزار Image Analyzer مورد استفاده جهت آنالیز تصاویر 64
(شکل 4-1): تصویر نمونه ساخته شده در مرحله اول 66
(شکل 4-2): تصویر نمونه ساخته شده در مرحله دوم 66
(شکل 4-3): تصویر چند نمونه نامطلوب 67
(شکل4-4): تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه I2دردو بزرگنمایی متفاوت 68
(شکل4-5): تصویرمیکروسکوپ نوری ازسطح نمونه I5در بزرگنمایی های متفاوت 68
(شکل4-6) :شکل ظاهری نمونه I8 69
(شکل 4-7): تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه I9در دو بزرکنمایی متفاوت 70
(شکل 4-8): تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه I10 در دو بزرکنمایی متفاوت 70
(شکل 4-9): تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه15I در دو بزرکنمایی متفاوت 71
(شکل 4-10): تصویرظاهری از نمونه K5 71
(شکل 4-11): تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه17I در دو بزرکنمایی متفاوت 72
(شکل 4-12) تصویر میکروسکوپ نوری از نمونه I19 در دو بزرکنمایی متفاوت 72
(شکل 4-13): شکل ظاهری نمونه M2 : سمت راست زیر نمونه و سمت چپ سطح نمونه 73
(شکل 4-14): شکل ظاهری نمونه M4 : سمت راست زیر نمونه و سمت چپ سطح نمونه 74
(شکل 4-15): شکل ظاهری نمونه M8 74
(شکل 4-16): شکل ظاهری نمونه M11 75
(شکل 4-17): شکل ظاهری نمونه M15 76
(شکل 4-18): شکل ظاهری نمونهM18 76
(شکل 4-19): شکل ظاهریدو نمونه به هم چسبیده نمونه J3 و J5 77
(شکل 4-20): شکل ظاهری نمونه J6 78
(شکل 4-21): شکل ظاهری نمونه J8 78
(شکل 4-22): شکل ظاهری نمونه J13 79
(شکل 4-23): شکل ظاهری نمونه J17 79
(شکل 4-24): شکل ظاهری نمونهN3 80
(شکل 4-25): شکل ظاهری نمونه N5 80
(شکل 4-26): شکل ظاهری نمونهN15 81
(شکل 4-27): شکل ظاهری نمونهN17 81
(شکل4-28): تصویر پراش پرتو X نمونه I15 82
(شکل4-29): تصویر پراش پرتو X نمونه I5 83
(شکل4-30): تصویر پراش پرتو X نمونه I2 83
(شکل4-31): تصویر پراش پرتو X نمونه I19 84
(شکل4-32): تصویر پراش پرتو X نمونه N1 85
(شکل4-33): تصویر پراش پرتو X نمونه N4 85
(شکل4-34): تصویر پراش پرتو X نمونه N7 86
(شکل4-35): تصویر پراش پرتو X نمونه N11 87
(شکل4-36): تصویر پراش پرتو X نمونه I9 87
(شکل4-37): تصویر پراش پرتو X نمونه N14 88
(شکل4-38): مقایسه تصویر پراش پرتو X نمونه N14و I9 89
(شکل4-39): تصویر پراش پرتو X نمونه I17 89
(شکل4-40): تصویر پراش پرتو X نمونه N16 90
(شکل4-41): مقایسه تصویر پراش پرتو X نمونه N16 و I17 91
(شکل4-42): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه N1 در بزرگنمایی 500 و 2000 برابر 92
(شکل4-43): توزیع اندازه دانه در نمونه N1 92
(شکل4-44): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه N4 در بزرگنمایی 500 و 2000 برابر 93
(شکل4-45): توزیع اندازه دانه در نمونه N4 93
(شکل4-46): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه7N در بزرگنمایی 500 و 2000 برابر 94
(شکل4-47): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه N11 در بزرگنمایی 500 و 2000 برابر 94
(شکل4-48): توزیع اندازه دانه در نمونه N11 95
(شکل4-49): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه N14در بزرگنمایی 500 و 2000 برابر 95
(شکل4-50): توزیع اندازه دانه در نمونه N14 96
(شکل4-51): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه N16 دربزرگنمایی 500 و 2000 برابر 96
(شکل4-52): توزیع اندازه دانه در نمونه N16 97
(شکل4-53): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه I2 دربزرگنمایی 500 و 2000 برابر 97
(شکل4-54): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه I2 دربزرگنمایی 500 و 2000 برابر 98
(شکل4-55): توزیع اندازه دانه در نمونه I2 98
(شکل4-56): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه I9 دربزرگنمایی 500 و 2000 برابر 99
(شکل4-57): توزیع اندازه دانه در نمونه I9 99
(شکل4-58): نمودار ستونی نتایج استحکام نمونه ها 100
(شکل4-59): نمودار رسم شده توسط دستگاه CCS 101
(شکل4-60): نمودار ستونی نتایج آزمایش سایش 102
فهرست جداول
عنوان صفحه
(جدول 1-2): طبقه بندی نانو مواد، بر اساس پارامترهای مختلف 5
(جدول 2-2): ترکیبات معمول 22
(جدول 2-3): خلاصه ای از ویژگی ها و خواص کاربید سیلیسیم (توجه : زمانی که ساختار ذکر
نشده، مقادیر گزارش شده مربوط به است . زمانی که د ما ذکر نشده است ،
دمای آزمایش است ). 25
(جدول 2-4): خواص فیزیکی اکسید سریم 31
(جدول 2-5): خواص فیزیکی SiO2 32
(جدول 2-6): کاربرد های ویژه ابزارهای برشی سرامیکی 35
(جدول 2-7): فرآیندهای ماشینکاری ساینده 38
(جدول 3-1): ترکیب شیمیایی اکسید سریم مورد استفاده در تحقیق 44
(جدول3-2): ترکیب شیمیایی نمونه های مجموعه A 49
(جدول 3-3): ترکیب شیمیایی نمونه های پایه Cerox S 50
(جدول 3-4): ترکیب شیمیایی نمونه های پایه Cerox GG 50
(جدول 3-5): ترکیب شیمیایی نمونه های مجموعه C 51
(جدول 3-6): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونه 1D 52
(جدول 3-7): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونه 2D 52
(جدول 3-8): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونه 3D 52
(جدول 3-9): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونه E 53
(جدول 3-10): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش سریF 53
(جدول 3-11): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونهG 54
(جدول 3-12): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونه1H 55
(جدول 3-13): ترکیب شیمیایی محلولهای مورد استفاده در ترکیب پولیش نمونهH2 55
(جدول 3-14): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش مجموعهI
(بدون کاربید سیلیسیم) 56
(جدول 3-15): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش مجموعهI
(همراه با کاربید سیلیسیم) 56
(جدول 3-16): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش مجموعه J 57
(جدول 3-17): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش سری K
( با کاربید سیلیسیم) 58
(جدول 3-18): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش سری Kبر حسب گرم
( بدون کاربید سیلیسیم) 59
(جدول 3-19): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش سری L 60
(جدول 3-20): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش سریM 61
(جدول 3-21): ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در ترکیب پولیش سریN 62
(جدول4-1): نتایج حاصل از آزمون تعیین استحکام 100
(جدول4-2): نتایج به دست آمده از آزمایش سایش 101
(جدول4-3): مقادیر وزن مخصوص، درصد وزنی و حجمی جذب آب 102
چکیده
در این پروژه ساینده پایه سریم برای صیقل کاری روی سطح شیشههای معدنی مورد توجه قرار گرفت. از مواد اولیه اکسید سریم، اکسید لانتانیم، میکروسیلیس، اسید بوریک، کاربیدسیلسیم، فسفات، فلوراید کلسیم، هگزا متافسفات سدیم، تری پلی فسفات سدیم، اکسید روی، سدیم متاسیلیکات استفاده گردید و با دو روش عمومی یکی استفاده از محلول و دیگری بصورت پودر خشک مورد استفاده قرار گرفتند. دمای پخت در شرایط مختلف از 450 تا 1150 درجه سانتی گراد در نظر گرفته شد و شرایط بحرانی برای پخت مشاهده شد که گاهی50± درجه سانتی گراد باعث عدم پخت یا بیش از حد شیشه‌ای شدن می‌گردید. در حدود 150 نمونه مختلف ساخته شد و شرایط پخت و سختی و استحکام آنها مورد مقایسه قرار گرفت. بررسی‌های میکروسکوپی نشانگر ساختارهای متفاوت بود که در برخی موارد، وجود بیش از حد فاز شیشه‌ای موجب ترک برداشتن و یا اعوجاج نمونه‌ها گردیده بود. آنالیز XRD فازهایی نظیر Ce2Si2O7 , Ce7O12SiO2 CeP5O14, SiC,CeP2 را نشان داد که در اثر واکنش اکسید سریم با سیلیس یا واکنش منابع فسفاتی و اکسید روی و نظایر آن ایجاد شده بود در نهایت ترکیب تری پلی فسفات سدیم، نانو سیلیس، اکسید روی،اکسید سریم و کاربید سیلیسیم در دمای پخت 950 درجه سانتی گراد انتخاب گردید که ساینده‌ای با خواص موردنظر در آن ایجاد شده بود.
کلمات کلیدی: ساینده شیشه، اکسید سریم، نانو سیلیس، کاربید سیلیسیم
فصل اول
مقدمه
ساخت کامپوزیتها سال‌هاست که مورد توجه قرار گرفته است و برای بهبود خواصی نظیر تنش برشی، استحکام، میزان کرنش تا شکست، نوع شکست و چقرمگی بکار می‌روند. ساخت کامپوزیت‌های سرامیکی گوناگون جهت بهبود خواص، اهمیت ویژه‌ای دارد. بسته به کاربرد کامپوزیت، انتخاب ساختار سرامیکی و فاز جانبی مناسب آن اهمیت فراوانی یافته است. در دهه اخیر کامپوزیت‌های اکسیدی – غیراکسیدی توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است، اما برای انتخاب یک سرامیک اکسیدی مناسب بعنوان فاز اصلی باید به خواصی نظیر نسوزندگی و ضریب انبساط حرارتی توجه کرد. ]1[
نانوفناوری یا بکارگیری فناوری در مقیاس میلیاردم متر عبارتست از خلق مواد، قطعات و سیستمهای کارا باکنترل اندازه اجزاء ریز سازنده در حد نانومتر و در نتیجه بهره برداری از خصوصیات و پدیده‌‌های جدید بوجود آمده در آن مقیاس. تکنولوژی نانو بعنوان یک روش نو برای سنتز مواد و ساختارهای مفید دارای حداقل یک بعد در حد نانومتر، هم اکنون مورد توجه بسیاری از محققین و مراکز تحقیقاتی و صنعتی در جهان امروز واقع شده است.
نانو فناوری یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته‌‌هاست که در جهت بررسی اصول و قوانین حاکم بین مولکولها و ساختارهای با ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر گام بر می‌دارد. نانو تکنولوژی یک علم چند رشته ای است و برای درک مفاهیم و اصول بنیادین و قوانین حاکم در دنیای نانو تقریبا به تمام علوم نیاز است. نانو مواد (موادی که حداقل در یک بعد دارای اندازه ای در حد نانومتر هستند) از نظر عمومی‌به دو دسته تقسیم بندی می‌گردند ;مواد نانوساختار و نانوذرات. نانوذره به ذره ای گفته می‌شود که ابعادی بین 1 تا 100 نانومتر داشته باشد که پرکابردترین آنها نانوذرات سرامیکی هستند.
ترکیب ساینده پایه سریم برای سایش کردن با بازدهی بالا و سریع روی سطح شیشههای معدنی،لنزهای اپتیکی پلاستیکی وصفحات پلاستیکی سازگاری خوبی دارد. پولیش شیشههای آلی کاملا حساس و متفاوت است. توجه روی این حقیقت است که آنها نرم و شکننده، و در برابر خراش خیلی حساس اند.صیقل دادن نا کافی منجر به خراشهای ریز و صیقل بسیار ساینده موجب خراش درشت و کدر شدن شیشه می شود. در این تحقیق هدف ساخت یک صیقل دهنده‌ی مناسب جهت پولیش کردن شیشه می‌باشد. اگر بتوان ذرات ریز نانو سیلیس و کاربید سیلسیم را در کنار CeO2 و پیوند دهنده‌‌های مناسب( که از بافت سیمان‌‌های سرامیکی باشند) قرار داد و یک صیقل دهنده ظریفی ساخت که بتواند شیشه‌‌ها را صیقل کند آنگاه یکی از کاربردهای نانو تکنولوژی در صنعت سرامیک مورد بررسی قرارگرفته است.
پایان نامه بررسی ساخت نانو کامپوزیت سیلیس و کاربید سیلیسیم و اکسید سریم با پیوند دهنده مناسب برای صیقل کاری شیشه ها
