ساخت و بررسی کامپوزیت شیشه آب بند پیل سوختی اکسید جامد حاوی نانو ذرات زیرکنیا

در این پژوهش شیشه آب بند پیل سوختی اکسید جامد، متعلق به سیستم 2sio-3o2al-3o2b-cao-bao تهیه شد و با 10، 15 و 20 درصد حجمی نانو ذرات زیرکنیا پایدار شده با ایتریا، به صورت کاملا همگن مخلوط شد و کامپوزیت شیشه آب بند حاصل شد. در ابتدا خواص حرارتی ترکیبات شیشه پایه و کامپوزیت ها، مانند ضریب انبساط حرارتی و دمای انتقال به شیشه مورد بررسی قرار گرفت. ضریب انبساط حرارتی شیشه پایه، k-1 6-10×38/10 و دمای انتقال به شیشه آن c? 626 بدست آمد. مشاهده شد که با افزایش درصد حجمی نانو ذرات زیرکنیا، ضریب انبساط حرارتی کامپوزیت ها به صورت جزئی کاهش و دمای انتقال به شیشه آن ها افزایش یافته است. ولی در هر حال این دو ویژگی برای تمام ترکیبات در محدوده مطلوب برای کاربرد های آب بندی قرار گرفت. تغییرات ضریب انبساط حرارتی شیشه پایه، با افزایش زمان عملیات حرارتی در دمای کاری پیل سوختی مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که افزایش زمان عملیات حرارتی منجر به افزایش ضریب انبساط حرارتی به صورت جزئی شده است. در ادامه ترکیبات حاصل در محدوده دمایی c?870- c?680، با سرعت گرمایش min/c?10 به مدت 1 ساعت عملیات حرارتی شدند و قابلیت سینترپذیری آن ها از طریق اندازه گیری درصد انقباض خطی، چگالی توده ای و چگالی نسبی بررسی شد. مشاهده شد که با افزایش درصد نانو ذرات زیرکنیا، انقباض نمونه ها کاهش و دمای بهینه سینتر آن ها افزایش می یابد، به طوریکه دمای بهینه سینتر برای شیشه پایه، c?720 و برای کامپوزیت حاوی 20% نانو ذرات زیرکنیا c?850 بدست آمد. خواص مکانیکی (مانند سختی، استحکام شکست و چقرمگی شکست) نمونه های شیشه و کامپوزیت عملیات حرارتی شده در دمای کاری پیل سوختی در مدت زمان های مختلف 50،30،10،1 ساعت ارزیابی گردید. مشاهده شد که نمونه کامپوزیت با 10 درصد حجمی نانو ذرات زیرکنیا، خواص مکانیکی مطلوبی دارد و افزایش زمان عملیات حرارتی در این نمونه منجر به بهبود خواص مکانیکی شده است. فازهای موجود در نمونه های مختلف از طریق پراش اشعه ایکس (xrd) شناسایی شدند و ساختار آن ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) مشاهده شد. نتایج آنالیز (xrd) نشان داد که فازهای باریم سیلیکات، باریم کلسیم سیلیکات و هگزاسلسیان فازهای بلوری عمده در ترکیب شیشه عملیات حرارتی شده است و درکامپوزیت ها علاوه بر این سه فاز، فاز بلوری زیرکنیای تتراگونال و به طور جزئی، زیرکن نیز مشاهده شد. تصاویر (sem) نشان داد که مورفولوژی فازهای بلوری رشد کرده در شیشه و کامپوزیت ها سوزنی شکل است. مقاومت الکتریکی شیشه و کامپوزیت ها در دماهای مختلف بین c? 800- c? 600 اندازه گیری شد. عدد مقاومت نمونه شیشه در دمای c?600، mc.? 106×31/2 بدست آمد. مشاهده شد که با افزایش نانو ذرات زیرکنیا و دما، هدایت الکتریکی ترکیبات افزایش یافت به طوریکه مقاومت نمونه های حاوی 15 و 20 درصد نانو ذرات زیرکنیا برای کاربرد های آب بندی مناسب نیست. برای بررسی چسبندگی و برهم کنش شیمیایی شیشه و کامپوزیت با الکترولیت (زیرکنیا)، ( سطح مشترک زیرکنیا/شیشه/زیرکنیا و زیرکنیا/کامپوزیت/زیرکنیا) از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. تصاویر نشان داد که در سطح مشترک ترکیبات مختلف و زیرکنیا، ترک و تخلخل وجود ندارد. کلمات کلیدی: آب بند، پیل سوختی اکسید جامد، شیشه، کامپوزیت، نانو ذرات زیرکنیا، خواص مکانیکی