چطور سرامیک را در برابر آسیب مستحکم تر کنیم؟ (بخش دوم)

تولید سرامیک هایی با ساختار زیرگونیا

در قسمت اول مقاله چطور سرامیک را در برابر آسیب مستحکم تر کنیم؟ به این موضوع اشاره کردیم که وجود زیرگونیای تثبیت شده با ایتریوم تا چه حد می تواند ساختار سرامیک را بهبود ببخشد. برای تولید سرامیک هایی با ساختار زیرگونیا نیاز به نقطه بهینه ای برای کمترین مقدار ایتریوم و به حداکثر رساندن مقاومت در برابر ترک خوردگی سرامیک نیاز داریم.

در ادامه با مجله سرام پخش همراه شوید تا با هم نکات بیشتری برای خلق سرامیک شگفت انگیز یاد بگیریم

فناوری سنتز زیرگونیای پایدار شده با ایتریوم

فناوری سنتز این فرآیند اختصاصی شامل چرخه‌ای می‌شود که با اعمال درجه حرارتهای بالا، وارد کردن فشارها و خنک کردن سریع در سیستمی تمام خودکار تعریف می شود و بر پایه جرقه پلاسما ۲ امولسیون آب در روغن در واکنشی یک مرحله ای یا بنیادی قرار می گیرد.

طبیعت پر قدرت این فرآیند بر تثبیت عنصر زیرگونیا مؤثر است و پودرهای به دست آمده، ذرات نانومتری (با مساحت سطحی افزایش یافته) دارند که ویژگی هایی بهبود یافته ساختاری ناشی از آن می شود.

این ویژگی ها شامل مقاومت و سختی، مقاومت در برابر رشد ترک، استحکام خمشی، توانایی در سینترینگ یا تف جوشی (فرآیندی جهت تولید مواد نانو ساختار از ماده اولیه جهت شکل دهی مواد فلزی سرامیکی) در درجه حرارت های پایین تر و مقاومت در برابر شوک حرارتی می باشد.

فرآیند سنتز زیرگونیای تثبیت شده چه محصولی می دهد؟

جدول (۱)

محصول فرآیند مذکور، سرامیک‌های ysz2 است که ویژگی پایداری در مقابل رشد ترک را با ویژگی های استحکام بالا و مقاومت در برابر فرسودگی ادغام می کند در حالیکه قدرت بالای خمشی محصول همچنان حفظ شده است. (جدول ۱ را مشاهده کنید).

وقتی ysz2 از طریق فرآیند اختصاصی سنتز شود، جایگزینی برای ysz3 قدیمی به دست می‌آید. در مقایسه با ملاک ysz3، قدرت موجی آن بیش از ۱۰۰۰ مگاپاسکال است و مقاومت به رشد ترک در آن از ۵ به بیش از ۱۴ مگاپاسکال در مجذور متر افزایش یافته است.

بنابراین جایگزینی مناسب برای کاربردهای ساختاری سرامیک است چه به صورت پودر آماده فشرده شدن باشد یا چه به عنوان عنصر زیرکونیوم در کامپوزیت های الومینای تقویت شده با زیرگونیا/زیرگونیای تقویت شده با الومینا و نیز سرامیک فلزها وجود داشته باشد.

آیا این سرامیک های تولید شده در برابر کهنگی مقاوم هستند؟

آزمایش پایداری و کهنگی را جداگانه انجام دادند تا اطمینان حاصل شود که وجود محتوای کمتر عنصر ایتریوم تأثیر نامطلوبی بر ویژگی هایی مهم ساختاری سرامیک نمی گذارد.

آزمایش های دوره ای کهنگی در اثر تنش کرنش در محلول نمک به شکلی اختصاصی با استفاده از قطعات سنتز شده ای از ysz2 انجام شد که متحمل پرس ایزواستاتیک سرد (CIP) و سینترینگ متعارف شده بودند.

همه قطعات، روش استاندارد ایزو ۱۳۳۵۶ (۱۰ به توان ۶ سیکل، ۳۲۰ مگاپاسکال، فرکانس ۲۰۰ هرتز) را بدون شکست گذراندند. مقاومت خمشی چهارنقطه ای، هم قبل و هم بعد از آزمایش معین شد و نتایج نشان دادند که فقط ۱۳ درصد از استحکام خمشی از دست رفته بود.

آزمایش های دیگر دوره ای کهنه شدن در اثر فشار با استفاده از فشار بیشینه ۱۱۰۰ مگاپاسکال با موفقیت (۲۰ هرتز، ۱۰  به توان ۶ سیکل) به انجام رسید که مشخص کننده مقاومت در برابر کهنه شدن مکانیکی بود.

در گزارش تحقیقات انجام شده با ysz3 (که در آن ها سیزده نمونه در فشار بیشینه ۶۵۰ مگاپاسکالی آزمایش شدند) می‌بینم که هیچ یک از آنها به عدد ۱۰ به توان ۶ سیکل نرسیدند.

در تحقیقات مربوط به کهنه شدن هیدروترمال تحت استاندارد ایزو ۱۳۳۵۶ سال ۲۰۱۵ (۵ ساعت، ۱۳۴ درجه سانتیگراد، ۲/۰ مگاپاسکال) از گلوله های ysz2 حاصل از فشار تک محوری و سینترینگ استفاده شد.

نتایج نشان می داد که ysz2 حاصله از فرآیند اختصاصی، از استانداردی که برای حفظ ۸۵ درصد استحکام خمشی نیاز است، فراتر می باشد. به علاوه، این گلوله ها در اثر شرایط دشوارتر ۹۶ ساعته کهنه شدند و در عین حال ۸۰ درصد خصوصیات مکانیکی اولیه را حفظ کردند.

اینستاگرام ما را دنبال کنید