به گزارش خبرنگار علمی باشگاه خبرنگاران؛ محققان پژوهشگاه مواد و انرژی در طرحی به بررسی اثر نانوذرات بر خواص مکانیکی و حرارتی سرامیک‌های مورد استفاده در عایق‌های حرارتی پرداختند.

در این طرح اثر تعداد لایه‌های مورد استفاده نیز بررسی شده و مدلی ریاضی برای پیش‌بینی رفتار آن‌ها ارائه شده است.

آلومینا دارای خواص شیمیایی و فیزیکی مناسبی است، اما از لحاظ مقاومت به شکست ضعیف است. برای بهبود این مشکل از نانوذرات زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا استفاده می‌شود. از طرفی مواد چند لایه (Functionally Graded Materials) دارای خواص بهتری در مقایسه با مواد تک لایه، در شرایط باردهی یکسان هستند.

نتایج این طرح در حوزه‌های مواد پیشرفته به‌خصوص عایق‌های حرارتی تحت تنش قابل کاربرد است. علاوه بر این می‌توان از آن در ساخت مواد کاشتنی‌ زیست‌سازگار دندانی و استخوانی نیز استفاده نمود.

در این طرح ریزساختار، خواص فیزیکی و حرارتی حین تف جوشی و همچنین خواص مکانیکی قطعات چند لایه مورد ارزیابی قرار گرفته است. رفتار حین تف جوشی قطعات چند لایه برای اولین بار توسط مدل‌های ریاضی شبیه‌سازی شده است. با مدل‌سازی انجام شده بر رفتار حرارتی و مشخص کردن تانسور کرنش حرارتی، به‌ راحتی می‌توان هزینه‌های بعدی برای طراحی قطعات کامپوزیتی از نانو مواد آلومینا-زیرکونیا و حتی سایر مواد سرامیکی مشابه را کاهش داد.

اصفهانی محقق ارشد طرح گفت: به طور کلی مقدار سختی و چقرمگی در نمونه‌های چندلایه بیش از نمونه‌های دولایه است.

وی معتقد است استفاده از ذرات نانومتری دستیابی به این خواص مکانیکی مناسب را امکان‌پذیر کرده است. علاوه براین، به کمک نانوذرات دمای مؤثر تف جوشی کاهش و رفتار حین تف جوشی مواد بهبود یافته است. همچنین خواص حرارتی بدنه‌ی تولید شده به‌دلیل استفاده از نانوذرات و همچنین توزیع تنش حرارتی بهبود یافت.

در روند انجام این تحقیقات، در ابتدا نانوذرات زیرکونیا ابتدا با 3 درصد مولی نانو ذرات ایتریا مخلوط شد. نانو‌ذرات آلومینا در ترکیب‌های متفاوت از زیرکونیای تثبیت شده در بستر استن مخلوط و از الک با مش 250 میکرومتر عبور داده شد. به کمک پانچی با سطح برآمده و فرورفته، لایه‌ها در قالب پرس تک محور روی یکدیگر قرار گرفتند. نمونه‌ها در دمای 1650 درجه سانتی‌گراد در اتمسفر هوا تف جوشی شدند. در این تحقیق اثر فشار پرس بر چگالی نهایی، ساختار و وضعیت ترک‌ها در سطح تماس لایه‌ها بررسی شده است. 

در این گزارش آمده است که اگرچه با افزایش فشار پرس، تراکم نمونه بهبود می‌یابد اما یک مقدار بهینه برای این عامل وجود دارد. فشارهای بیشتر از مقدار بهینه، موجب تخریب نمونه در هنگام تف جوشی، به‌علت برگشت فنری می‌شود. از طرفی با افزایش میزان زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا، سختی نمونه کاهش و تافنس آن افزایش و تف جوشی لایه‌ها با میزان بیشتر زیرکونیا دشوارتر می‌شود.

باید دقت داشت که به‌دلیل عدم انطباق ضریب انبساط حرارتی لایه‌ها در بدنه با ساختار گرادیانی، میزان انقباض حین تف جوشی متفاوتی در لایه‌ها رخ می‌دهد. در این تحقیق به بررسی میزان این انقباض‌ها پرداخته شده است. بر اساس مدلی پیشنهادی امکان پیش‌بینی رفتار تغیر فرم برای بدنه‌ای با تعداد لایه‌های مختلف فراهم گردیده است.

انتهای پیام/