هدف از این تحقیق، تولید کامپوزیت زمینه آلیاژهای مس تقویت شده با ذرات الماس میکرونی و بررسی خواص مکانیکی این کامپوزیت است. از مهم ترین مسائل ساخت این نوع کامپوزیت ، بهینه سازی استحکام ذرات الماس در زمینه فلزی و خواص سایشی مد نظر این نوع کامپوزیت است. پودرهای کامپوزیتی با استفاده از آسیابکاری پرانرژی (سایشی) و به روش سینتر پرس داغ تولید شدند. به منظور بررسی استحکام خمشی، سختی و خواص سایشی، نمونه ها با اضافه کردن فلزات مختلف به زمینه، شرایط مختلف آسیابکاری و پارامترهای مختلف فشار داغ، ساخته شدند. هدف از این تحقیق، تولید کامپوزیت زمینه آلیاژهای مس تقویت شده با ذرات الماس میکرونی و بررسی خواص مکانیکی این کامپوزیت است. از مهم ترین مسائل ساخت این نوع کامپوزیت ، بهینه سازی استحکام ذرات الماس در زمینه فلزی و خواص سایشی مد نظر این نوع کامپوزیت است. پودرهای کامپوزیتی با استفاده از آسیابکاری پرانرژی (سایشی) و به روش سینتر پرس داغ تولید شدند. به منظور بررسی استحکام خمشی، سختی و خواص سایشی، نمونه ها با اضافه کردن فلزات مختلف به زمینه، شرایط مختلف آسیابکاری و پارامترهای مختلف فشار داغ، ساخته شدند.

کامپوزیت های زمینه آلومینیومی از متداول ترین کامپوزیت های زمینه فلزی هستند که در صنایع مهمی چون خودروسازی و هوافضا بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. انتخاب تقویت کننده مناسب به این کامپوزیت ها که افزایش خواص مکانیکی را به همراه داشته باشد برای صنعت بسیار ارزشمند است. در پژوهش حاضر، اثر افزودن آلومینا در درصد های وزنی 0، 1 و 3 به کامپوزیت زمینه آلومینیومی تقویت شده با 1 درصد وزنی نانولوله های کربنی چند دیواره، مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا پودرهای اولیه با استفاده از روش آسیاکاری سیاره ای به مدت 2 ساعت و نسبت گلوله به پودر 10:1 با یکدیگر ترکیب شدند. ترکیبات پودری حاصل، برای رسیدن به یک استحکام اولیه تحت فشار پرس هیدرولیک (150 مگاپاسگال) قرار گرفتند، سپس دمای 530 درجه سانتی گراد به مدت زمان 45 دقیقه تف جوشی شدند. طبق تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، پراکندگی تقویت کننده ها در زمینه کامپوزیت تقریباً یکسان بود که نشان از انتخاب روش و زمان مناسب آسیاکاری دارد. براساس نتایج آزمون های خواص مکانیکی، نمونه فاقد سرامیک آلومینا دارای سختی 24.3 برینل و ضریب سایش 0.410 بود. در مقایسه، نمونه ای که حاوی 3 درصد وزنی آلومینا بود، به سختی 30.6 برینل و ضریب سایش 0.332 رسید. یعنی سختی 26 درصد افزایش و ضریب سایش 19 درصد کاهش داشته است. این بهبود خواص را می توان نتیجه سختی ذاتی سرامیک آلومینا، پراکندگی خوب تقویت کننده ها در زمینه و همچنین اثر هم افزایی تقویت کننده ها دانست.

در این پژوهش نقش نانو ذرات آلومینا و تاثیر افزایش نیرو بر روی رفتار خراش پلی متیل متاکریلات (PMMA) مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، نمونه های استاندارد از نانو کامپوزیت های زمینه پلی متیل متاکریلات تقویت شده با درصدهای متفاوت وزنی آلومینا (15، 10، 5، 0) با روش قالب گیری فشاری ساخته شدند. سپس آزمون خراش بر اساس استانداردASTM G171  در شرایط دمای محیط و سرعت خراش 5 mm/s و تحت نیروهای خراشی 10 و 15 N انجام شد. برای بررسی و شناخت مکانیزم های خراش از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. نتایج پژوهش نشان می دهد که سختی خراش نمونه ها به مقدار نانو ذرات آلومینا بستگی دارد، به گونه ای که افزایش نانو ذرات از 0 تا 15 درصد باعث کاهش پهنا یا عرض خراش از 274 به 21mm می شود. هم چنین، نتایج ارزیابی میکروسکوپی بیانگر این موضوع است که با اعمال نیروی خراش 15 N اثر خراش در نمونه پلی متیل متاکریلات خالص به صورت ترک های فصل مشترکی ظاهر می شود. در حالی که افزودن نانو ذرات تا 5 درصد وزنی باعث تغییر ترک ها به کریز و افزایش تا 15 درصد وزنی سبب بهبود مقاومت به خراش و ایجاد آسیب مار (Mar) می شود.

در تحقیق حاضر، تهیه کامپوزیت آلومینا مولایت در شرایط دمایی و زمانی بهینه، با استفاده از نانو آلومینا مورد بررسی قرار گرفت. با اضافه کردن نانو آلومینا در مقایسه با آلومینای میکرونی به کامپوزیت های آلومینا مولایت استحکام مکانیکی و شوک پذیری حرارتی افزایش یافت. همچنین با افزایش آلومینای میکرونی به بدنه های آلومینا مولایتی ضریب انبساط حرارتی بدنه افزایش ولی با افزایش نانوآلومینا ضریب انبساط حرارتی کاهش پیدا کرد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز کیفی نقطه ای نشان داد که با افزایش نانوآلومینا مقدار فاز مولایت افزایش یافت که باعث بهبود شوک پذیری حرارتی و در نتیجه استحکام بعد از شوک حرارتی شد. با افزایش آلومینای میکرونی به کامپوزیت های آلومینا مولایت، درصد تخلخل و درصد جذب آب افزایش و دانسیته کاهش یافت در حالیکه با افزایش نانوآلومینا درصد تخلخل باز و درصد جذب آب کاهش و دانسیته افزایش یافت.

این تحقیق با هدف بررسی سنتز، خواص مکانیکی و ریزساختاری کامپوزیت آلومینا- زیرکونیا- کبالت صورت گرفته است. ترکیب های حاوی 5، 10، 20 درصد حجمی از مجموع تقویت کننده های زیرکونیا و کبالت مورد بررسی قرار گرفتند. برای تهیه پودر کامپوزیتی از آلومینا، زیرکونیای پایدار شده جزئی و سولفات کبالت و پودر آلومینیوم استفاده شد و با کلسیناسیون در دمای 1100oC به مدت 3 ساعت فاز اسپینل آلومینات کبالت حاصل گردید. سپس جهت احیای کبالت از اسپینل، پودر کلسینه شده در بستر کربن در کوره الکتریکی با دمای 950 به مدت 3 ساعت قرار گرفت. نتیجه آزمون پراش اشعه ایکس حضور فازهای Al2O3، Co، t-ZrO2 و مقدار کمی m-ZrO2 را تایید می کند. در مرحله بعد جهت تعیین و بررسی خواص کامپوزیت Al2O3/ZrO2-Co، پودرهای کامپوزیتی با فشار 50MPa پرس تک محوره و سپس با فشار 400MPa پرس ایزواستاتیک سرد شدند و سپس زینتر آنها در بستر کربن به روش بدون فشار و در دماهای 1550، 1600 و 1650 به مدت 5 ساعت صورت گرفت. به منظور ایجاد امکان مقایسه خواص، نمونه آلومینای خالص نیز با شرایط مذکور تهیه شد. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار چگالی نسبی برای نمونه کامپوزیتی حاوی% 5 حجمی زیرکونیا و 5% حجمی کبالت برابر %83.9 در دمای پخت 1650 به دست آمد. استحکام خمشی و سختی این نمونه به ترتیب برابر 322MPa و 11.95 MPa.m1.2 می باشد که نسبت به آلومینای پخته شده در همان دما برای استحکام خمشی به میزان %20.15 افزایش و سختی به میزان %15.96 کاهش یافته بود. کاهش سختی به دلیل سختی پایین فاز فلزی می باشد و افزایش استحکام به دلیل جلوگیری زیرکونیا و کبالت از رشد افراطی دانه های آلومینا رخ داده است.

کریستال­های فونونیک[i] مواد مرکب متناوبی هستند که از تکرار متناوب یک (یا چند) ماده آخال[ii] در یک زمینه تشکیل می­­شوند. داشتن خصوصیت شکاف نواری و توانایی این مواد در مدیریت انتشار امواج الاستیک موجب شده است تا پژوهش های متعددی در سال های اخیر به این موضوع اختصاص داده شوند. این مقاله به بررسی انتشار مود درون صفحه ای موج الاستیک در کامپوزیت آلومینا-اپوکسی پرداخته است. اثر شکل آخال بر شکاف نواری کامپوزیت به روش اجزاء محدود و با کمک نرم افزار کامسول مورد بررسی قرار گرفته است. آرایش شبکه مورد بررسی مربعی است. به منظور صحت سنجی نتایج، ابتدا ساختار نواری کریستال های فونونیک با شکل دایره به دست آمده و با روش بسط موج صفحه­ای و مشاهدات تجربی مقایسه شده است. سپس ساختار نواری کریستال های فونونیک با شکل آخال مثلث، مربع، پنج ضلعی منتظم، شش ضلعی منتظم، هفت ضلعی منتظم، هشت ضلعی منتظم به دست آمده و مقایسه شده اند. نتایج به دست آمده نشان داد که شکاف نواری کریستال فونونیک با شکل آخال مثلث (محدوده 3/47 تا 1/66 و 9/79 تا 3/90 کیلوهرتز) در مقایسه با شکل های دیگر آخال وسیع تر است. [i] Phononic Crystal[ii]. Inclusion   

در این پژوهش خواص ریزساختاری کامپوزیت سرامیکی سه تایی SiO2-Al2O3-ZnO تهیه شده به روش سل- ژل، با هدف افزایش سطح ویژه اکسید روی نشانده شده بر پایه آلومینا- سیلیکا، مورد مطالعه قرار گرفت. مقادیر 20، 50 و 70 درصد وزنی اکسید روی و نیز نسبت وزنی مساوی آلومینا به سیلیکا، با استفاده از واکنش همزمان نیترات روی (Zn(NO3)2.6H2O)، تترا اتیل اورتوسیلیکات (TEOS) و نیترات آلومینیوم (Al(No3)3.9H2O) سنتز شد. ساختار کامپوزیت های تهیه شده به وسیله مطالعات XRD، SEM، و BET مشخصه یابی شد.نتایج نشان داد که فاز کریستالی اکسید روی در زمینه آمورف آلومینا - سیلیکا تشکیل و پراکنده شده است. وجود زمینه آلومینا - سیلیکا باعث کاهش در رشد بلورهای اکسید روی، جلوگیری از آگلومره شدن و افزایش سطح ویژه کامپوزیت می گردد.

هدف این پژوهش مقایسه روش های احیای کامپوزیت آلومینا-کبالت از اسپینل آلومینات کبالت از نظر خواص مورد نظر بود. برای دستیابی به هدف فوق، احیاء اسپینل با سه روش بستر کربنی، احیاء واکنشی با پودر آلومینیوم (آلومینوترمیک) و احیاء واکنشی با پودر آلومینیوم حین زینتر مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه نتایج نشان داد که احیاء اسپینل از روش بستر کربنی فرآیندی زمان بر بود که در نهایت با رشد دانه افراطی فاز فلزی رو به رو می شود. نمونه های پودری حاوی آلومینا و اسپینل احیاء شده به کبالت و آلومینا با روش آلومینوترمیک به همراه نمونه پودری حاوی آلومینا، اسپینل و فلز آلومینیوم با روش پلاسمای جرقه ای با فشار 30MPa در دمای 1400oC به مدت ده دقیقه زینتر شدند و سپس تحت بررسی های ریزساختار، فازی و خواص مکانیکی قرار گرفتند. چگالی نمونه احیاء واکنشی با پودر آلومینیوم بعد از زینتر به حدود 87% چگالی تئوری خود رسید در حالی که چگالی نمونه احیاء واکنشی با پودر آلومینیوم حین زینتر به حدود 95% چگالی تئوری خود رسید. استحکام خمشی نمونه احیاء واکنشی با پودر آلومینیوم و احیاء واکنشی با پودر آلومینیوم حین زینتر به ترتیب حدود MPa 227 و MPa 354 شد. سختی نمونه احیاء واکنشی با پودر آلومینیوم و احیاء واکنشی با پودر آلومینیوم حین زینتر به ترتیب حدود GPa 9.8 و GPa 11.4، چقرمگی شکست نمونه احیاء واکنشی با پودر آلومینیوم و احیاء واکنشی با پودر آلومینیوم حین زینتر به ترتیب به حدود 7.2MPa1.2 و 9.1 MPa.m1.2 رسید. بر این اساس مقایسه دو روش، احیاء واکنشی با پودر آلومینیوم و احیاء واکنشی با پودر آلومینیوم حین زینتر نشان داد. احیاء واکنشی با پودر آلومینیوم حین زینتر می تواند گزینه مناسب تری برای احیاء باشد زیرا بدون هیچ گونه عملیات حرارتی اضافه قبل از زینتر، منجر به ریزساختاری ریزتری می شود. همچنین اتصالات سرامیک-فلز بهبود می یابد که منجر به بهبود خواص مکانیکی می گردد.

در پژوهش حاضر، کامپوزیت هیبریدی زمینه آلومینیوم تقویت شده با ذرات آلومینا و گرافیت به روش ریخته گری گردابی همراه با ریخته گری گریز از مرکز تهیه و رفتار تریبولوژیکی آن بررسی شد. تست سایش با سرعت لغزش cm/s60 و با نیروی N30 انجام گردید. نتایج نشان داد که با افزودن گرافیت و آلومینا به زمینه ی آلومینیوم، مقاومت سایشی کامپوزیت هیبریدی افزایش یافت. مقدار گرافیت در کامپوزیت هیبریدی تأثیر زیادی بر نرخ سایش داشت و افزودن آن تا یک مقدار بهینه منجر به کاهش نرخ سایش و افزایش بیشتر آن، افزایش نرخ سایش را در پی دارد. با وجود ذرات آلومینا، سختی کمتر کاهش یافته و مقاومت سایشی افزایش پیدا کرد. کامپوزیت هیبریدی Al-Al2O3-Gr نرخ سایشی بسیار بهتری از آلیاژ زمینه و همچنین کامپوزیت Al-Gr نشان داد. کامپوزیت Al-Gr به دلیل مقدار بالای گرافیت و نبود ذرات آلومینا نرخ سایش زیادتری حتی از آلیاژ زمینه داشت. بررسی های میکروسکوپ الکترونی روبشی سطوح سایش نشان داد که در آلیاژ زمینه مکانیزم سایش، ترکیبی از مکانیزم های چسبان، خراشان و تورقی است در حالی که در کامپوزیت ها، مکانیزم غالب سایش خراشان و تورقی است.

ریخته گری ژله ای به عنوان روشی نوین و بهینه و آسان در ساخت سرامیک، با قابلیت شکل دهی سرامیک به اشکال پیچیده در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. این روش ترکیبی از شیمی پلیمر و فرآیند ریخته گری دوغابی است که در آن دوغاب غلیظی از پودر سرامیک و مونومرهای آلی داخل قالب ریخته شده و با گرفتن شکل قالب به خود، درجا به پلیمر تبدیل می شود. پژوهش های زیادی در رابطه با رئولوژی دوغاب های استفاده شده در روش ریخته گری ژله ای انجام یافته است اما نتایج چندانی در رابطه با خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت های آلومینا-زیرکونیای ساخته شده با این روش وجود ندارد. در این پژوهش نمونه سرامیک آلومینا (A100) با میزان 45% حجمی پودر آلومینا در دوغاب و نمونه کامپوزیت آلومینا – زیرکونیا (A90-Z10) با میزان 45% حجمی از مخلوط پودرهای سرامیکی در دوغاب، که این میزان پودر مخلوط شامل 90% حجمی آلومینا و 10% حجمی زیرکونیای پایدار شده با ایتریا است، با استفاده از روش ریخته گری ژله ای ساخته شدند و نهایتا قطعات در دمای ˚ C1650 تف جوشی شدند. نتایج حاصل از پراش اشعه ایکس حضور فاز تتراگونال زیرکونیا را در کامپوزیت آلومینا – زیرکونیا تایید کرده است. تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی روبشی ساختار یکنواختی را برای دو نمونه ساخته شده A100 و A90-Z10 نشان می دهد و برای نمونه A90-Z10 بیانگر توزیع نسبتا یکنواخت ذرات زیرکونیا در زمینه آلومینا است. نتایج حاصل از خواص فیزیکی نشان داد که می توان با روش ریخته گری ژله ای به میزان چگالی نسبی مطلوبی برای ساخت کامپوزیت آلومینا – زیرکونیا (89/7%) دست یافت. نتایج حاصل از خواص مکانیکی نشان داد که با افزودن تقویت کننده زیرکونیا به قطعات آلومینایی، استحکام خمشی و چقرمگی قطعه کامپوزیت (A90-Z10) در برابر قطعه آلومینای خالص (A100) به ترتیب در حدود 13/27% و 28/94% افزایش داشته است. از طرفی سختی قطعه کامپوزیت نسبت به قطعه آلومینای خالص به میزان 9/7% کاهش داشته است.