تولید نانو کامپوزیتهای لایه ای آلومینا-زیرکونیا به کمک روش جدید ریخته گری ژله ای گریز از مرکز جهت بهبود خصوصیات مکانیکی

در این تحقیق روش جدیدی به نام ریخته گری ژله ای تحت نیروی گریز از مرکز جهت تولید قطعات سرامیکی پیشرفته با حداقل عیوب ابداع و توسعه یافت. در این روش از مزایای ذاتی دو روش دیگر به نامهای ریخته گری دوغابی گریز از مرکز و ریخته گری ژله ای استفاده شد، تا مشکلات موجود در این دو روش در قالب یک تکنیک جدید مرتفع گردد. در این پروسه، پودر سرامیکی موردنظر طی چند مرحله و درحین انجام عملیات آسیابکاری به یک محلول حاوی مونومر اضافه می گردد، تا دوغابی با درصد فاز جامد بالا و خصوصیات رئولوژیکی مناسب ایجاد گردد. پس از اضافه نمودن آغازگر و کاتالیزور مناسب، فرآیند ژل شدن در مدت زمانی حدود 20 تا 30 دقیقه به پایان می رسد. در این حین، دوغاب به درون قالب ریخته شده و تحت نیروی سانتریفوژ نسبتاً کم درون قالب شکل می گیرد. پس از پایان فرآیند پلیمریزاسیون، قطعات از قالب خارج شده وپس از خشک کردن تحت یک سیکل عملیات حرارتی مناسب قرار گرفته تا پس از سوختن پلیمرهای موجود، تفجوشی مناسب صورت پذیرد. در این تحقیق قابلیت به کارگیری روش ریخته گری ژله ای گریز از مرکز، جهت تولید قطعات آلومینایی و نانوکامپوزیتهای دوتایی آلومینا-زیرکونیا و همچنین کامپوزیتهای لایه ای با طراحی های مختلف شامل آلومینا (با اندازه زیرمیکرونی)، زیرکونیای نیمه پایدار شده و زیرکونیای پایدار نشده (با اندازه نانومتری) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که در روش جدید، بدلیل حذف حبابهای هوا در حین عملیات سانتریفوژ، نیازی به عملیات هوازدایی پیش از عملیات ریخته گری نیست. این مسئله با ارائه مکانیزمهای حاکم و بر پایه قانون استوک مورد بررسی قرار گرفت و مدلی جهت پیش بینی زمان حذف حبابهای هوا پیشنهاد گردید. در این پروسه مشخص گردید که کیفیت قطعات تولیدی از لحاظ تکرار پذیری استحکام مکانیکی در حد محسوسی افزایش می یابد. مسئله جدایش بین ذرات که یکی از معضلات روش ریخته گری دوغابی گریز از مرکز می باشد، در حد قابل ملاحظه ای برطرف خواهد شد. همچنین زمان لازم جهت تشکیل قطعات خام کاهش می یابد. نیروی سانتریفوژ لازم نیز بسیار کمتر از روش ریخته گری دوغابی گریز از مرکز است، بدلیل اینکه نیروی بکار رفته در فرآیند جدید نه برای تجمع ذرات در یک سمت قالب بلکه جهت شکل دهی دوغاب و حذف حبابهای هوا استفاده می گردد. از روش ریخته گری ژله ای گریز از مرکز جهت تولید قطعات سرامیکی با ساختار لایه ای نیز بصورت موفقیت آمیز استفاده گردید. در این شیوه با اضافه نمودن پی در پی دو دوغاب و انجام عملیات سانتریفوژ و پلیمریزاسیون، ساختاری لایه ای تولید گردید. نتایج آزمایشات مکانیکی بر روی قطعات با طراحی های مختلفی از ضخامت و ترکیب لایه ها، نشان دهنده افزایش چشمگیر انرژی شکست و بهبود رفتار r-curve قطعات و عدم وابستگی خصوصیات مکانیکی به اندازه عیوب در ساختار نسبت به سرامیکهای مشابه با ساختار همگن (monolithic) می باشد.