سنتز و مشخصه یابی نانوکامپوزیت پایه سرامیکی آلومینات مونوکلسیم و بررسی مکانیزم تشکیل آن

یکی از ترکیبات مهم سیمان های آلومینات کلسیم ، آلومینات مونوکلسیم(ca) است. این ترکیب دارای خواصی همچون مقاومت بالا در دماهای بالا، رفتار سایشی مناسب و مقاومت مطلوب در برابر محیط های مخرب می باشد. علی رغم برخی ویژگی های مناسب این ترکیب، حضور فازهای ثانویه و دانه های درشت در این مواد، خواص مکانیکی و فیزیکی آن ها را تحت تاثیر قرار داده است، لذا برای کاهش تاثیرات منفی ناشی از درشت بودن دانه ها، در سال های اخیر، محققین تلاشهایی در زمینه سنتز این نوع سرامیک ها با ساختار نانو کرده اند. هدف از انجام این پژوهش، تولید نانوسرامیک آلومینات مونوکلسیم و نانوکامپوزیت آلومینات مونوکلسیم با تقویت کننده نانوسیلیس ، به روش فعالسازی مکانیکی و عملیات حرارتی پس از آن و همچنین بررسی خواص پودرهای تولیدی می باشد. در مرحله اول، مخلوط پودری اکسید کلسیم و اکسید آلومینیوم به منظور تولید ترکیب ca، تحت آسیابکاری قرار گرفته و پس ازآن نمونه های آسیابکاری شده در دماهای 900، 1000 و 1200 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. تغییرات فازی و ساختاری ایجاد شده در ذرات پودر توسط آنالیز xrd و تغییرات مورفولوژیکی توسط sem و tem مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج حاکی از آنست که در جریان آسیابکاری هیچ محصولی تشکیل نمی شود. با عملیات حرارتی بر روی پودرهای حاصل از آسیابکاری مشاهده شد که تشکیل فاز caal2o4در دمای °c1000 شروع گردید و بسته به مدت زمان آسیابکاری، با افزایش دما مقدار این فاز افزایش پیدا کرده و نیز در کنار فاز اصلی، مقادیر بسیار کمی فازهای ثانویه مشاهده شد. با افزایش دمای عملیات حرارتی تا c°1200 فاز مطلوب ca با خلوص بالایی حاصل شد. به روش شرر و شرر اصلاح شده اندازه دانه پودر تولیدی اندازه گیری شد که نشان داد ساختار محصولات سنتز شده در محدوده نانومتری قرار دارد. همچنین تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری از پودر آسیابکاری شده به مدت 100 ساعت و عملیات حرارتی در دمای c° 1000 نشان داد که اندازه ذرات تولید شده در محدوده 40 تا 100 نانومتر است. در مرحله دوم پارامترهای سینتیکی تشکیل فاز ca به روش برازش مدل محاسبه شد و اثر فعالسازی مکانیکی بر انرژی اکتیواسیون لازم برای تشکیل این فاز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش مدت زمان آسیابکاری تا 70 ساعت کاهش قابل ملاحظه ای در انرژی اکتیواسیون تشکیل فاز ca رخ می دهد اما با افزایش مدت زمان آسیابکاری از 70 تا 100 ساعت تغییری در مقدار انرژی اکتیواسیون مشاهده نشد. این مورد نشان می دهد که در زمان های طولانی تر آسیابکاری نیز، فاز ca تشکیل نمی شود و نیاز به عملیات حرارتی بعدی، جهت تشکیل فاز مورد نظر می باشد. در مرحله سوم ساخت نمونه بالک از پودر نانوساختار آلومینات مونوکلسیم تولید شده، به عنوان زمینه نانوکامپوزیت به همراه تقویت کننده نانوسیلیس انجام شد و نمونه ها توسط آنالیز xrd و sem مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه ها به کمک آزمایشات اندازه گیری استحکام فشاری و آزمایشات اندازه گیری میزان تخلخل و دانسیته بررسی شد. نانوسیلیس در مقادیر مختلف 5/0، 1، 5/1 و 2 درصد به سیمان مورد نظر اضافه شده و با نسبت وزنی آب به پودر:3/0 به 1، مورد عملیات هیدراسیون قرار گرفتند. پژوهش ها نشان داد که خواص مکانیکی و فیزیکی سیمان ها با اضافه کردن مقدار معینی نانوذرات سیلیس، به طور قابل ملاحظه ای نسبت به سیمان های معمولی بهبود می یابد.