بررسی مکانیزم تشکیل mosi2 در حضور آلومینیم طی فرایند سنتز احتراقی

در این تحقیق فرایند سنتز احتراقی mosi2 در حضور آلومینیم مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور نمونه هایی از مخلوط پودری مولیبدن و سیلیسیم (با نسبت استوکیومتری 1:2) تهیه و به میزان 0 و 5 درصد وزنی پودر آلومینیم به آنها اضافه گردید. در ابتدا به لحاظ ترمودینامیکی امکان انجام فرایند سنتز احتراقی در حضور آلومینیم، بواسطه محاسبه دمای آدیاباتیک در اتمسفرهای خنثی و هوا، مورد بررسی قرار گرفت. سپس به منظور بررسی تاثیر حضور آلومینیم بر روند انجام این فرایند، هر یک از نمونه ها تحت آزمایش سنتز احتراقی به صورت خود پیشرونده (shs) در اتمسفر هوا قرار گرفتند. در ادامه به منظور بررسی های فازی و ساختاری، محصولات حاصل از این فرایند تحت آزمون پراش پرتو ایکس (xrd) و دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) قرار گرفتند. همچنین جهت بررسی مکانیزم انجام این فرایند از دستگاه sta جهت آزمون های آنالیز حرارتی (با سرعت های گرم کردن مختلف نظیر 10، 15، ?c/min 20 و ...) استفاده گردید. نتایج حاصل از مطالعات فازی و ساختاری نشان داد که در حین انجام فرایند سنتز احتراقی نه تنها تمام ذرات آلومینیم اکسید شد ه بلکه فرایند تشکیل mosi2 ناشی از واکنش بین ذرات مولیبدن و سیلسیم به صورت کامل تری انجام گرفته، بطوریکه به شدت از میزان مواد واکنش نیافته کاسته شده است. از سویی دیگر محاسبات ترمودینامیکی نیز نشان دادند که در اثر اکسیداسیون ذرات آلومینیم در حین انجام فرایند سنتز احتراقی، دمای آدیاباتیک جبهه احتراق به شدت افزایش می یابد که این امر با کمک نتایج حاصل از پروفیل های حرارتی و بررسی های میکروسکوپی به خوبی تایید شده است. در این بین، نتایج حاصل از فازشناسی محصولات آنالیز حرارتی مخلوط های پودری نشان دادند که در حضور اکسیژن به دلیل تمایل به اکسیداسیون شدید ذرات مولیبدن، امکان تشکیل ترکیب بین فلزی mosi2 برقرار نمی شود و پیک های ارائه شده در این منحنی ها در واقع ناشی از اکسیداسیون این ذرات بوده اند. با توجه به این نتایج، به خوبی مشخص شد که تشکیل mosi2 از مخلوط پودری mo+2si به شدت وابسته به نوع اتمسفر حاکم و سرعت گرم کردن است. همچنین در بخشی از این بررسی با توجه به نقش آلومینیم در روند انجام فرایند سنتز احتراقی mosi2، فرایند اکسیداسیون ذرات پودری آلومینیم نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی ها نشان دادند که با توجه به حضور پوسته اکسیدی آمورف روی سطح ذرات آلومینیم، اکسیداسیون این ذرات تحت شرایط ایزوترم و غیرایزوترم به صورت کاملاً متفاوتی صورت می گیرد. در واقع تحت شرایط ایزوترم (دماهای بالاتر c? 700)، این پوسته اکسیدی به دلیل عدم استحکام بالا، نمی تواند اثر خاصی بر روند اکسیداسیون بگذارد، در حالی که در شرایط غیر ایزوترم به دلیل اثرگذاری این پوسته اکسیدی، این فرایند به صورت کاملاً پیچیده و در مراحل متعددی صورت می گیرد. به طوریکه سرعت اکسیداسیون و مراحل شکل گیری آن به شدت وابسته به سرعت گرم کردن می باشد. نتایج بررسی های آنالیز حرارتی به همراه انجام مطالعات فازی و ساختاری روی محصولات حاصل از این آزمون نشان دادند که در شرایط غیر ایزوترم (با سرعت های گرم کردن 10، 20، ?c/min 30) میزان اکسیداسیون صورت گرفته تا قبل از دمای ?c 1000 (به علت محافظت پوسته اکسیدی از آلومینیم) بسیار محدود بوده است. اما با گذر از این دما، بواسطه وارد آمدن تنش شدید ناشی از انبساط مذاب آلومینیم، پوسته اکسیدی پاره شده و در اثر تماس این مذاب با اتمسفر اکسیدی، یک اکسیداسیون شدید اتفاق می افتد. این در حالی است که نتایج آنالیز پراش پرتو ایکس بر روی محصولات حاصل از این آنالیزها نشان داد که حتی بعد از گذر از این مرحله، هنوز در بین محصولات مقدار نسبتاً قابل توجهی آلومینیم باقیمانده وجود دارد. در نهایت نتایج بررسی های سینتیکی نیز در این زمینه نشان دادند که مکانیزم این واکنش از نوع کنترل نفوذی به صورت دوبعدی و دارای انرژی اکتیواسیون حدود kj/mol 430 است.