بررسی رفتار رئولوژی دوغاب‌های ریخته‌گری ژلی کاربید سیلیسیم و تاثیر آن بر خواص مکانیکی بدنه‌های کاربید سیلیسیم

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 7، دوره 10، شماره 35، اردیبهشت 1398، صفحه 77-88   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

حسام فلاح آرانی¹؛ صلاح الدین ایصافی¹؛ پریناز تبریزیان¹؛ سعید باغشاهی^{* 2}

¹گروه پژوهشی مواد غیرفلزی، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران

²گروه مهندسی و علم مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بینالمللی امام خمینی )ره(، قزوین، ایران

تاریخ دریافت: 04 خرداد 1397،  تاریخ بازنگری: 27 فروردین 1398،  تاریخ پذیرش: 15 اردیبهشت 1398 

چکیده

در این پژوهش رفتار رئولوژی دوغاب‌های کاربید سیلیسیم تهیه شده به روش ریخته‌گری ژلی و تاثیر این رفتار بر خواص مکانیکی نمونه‌های سینتر شده بررسی شد. بهینه‌سازی رفتار رئولوژی دوغاب کاربید سیلیسیم، موجب تهیه دوغاب پایدار و شکل‌گیری هر چه بهتر بدنه‌های کاربید سیلیسیم شد. برای رسیدن به این هدف از تترا‌متیل آمـونیوم هیدورکسید به عنوان پراکنده‌ساز، آکریلامید به عنوان مونومر، متیلن بیس اکریلامید به عنوان اتصال دهنده عرضی، پرسولفات آمونیوم به عنوان آغازگر و تترامتیل اتیلن دی آمین به عنوان کاتالیست استفاده شد. به منظور کنترل pH نیز از سود سوزآور استفاده شد. برای این کار دوغاب‌هایی از محلول مونومر آکریلامید و 45 درصد حجمی جامد پودر کاربید سیلیسیم با مقادیر مختلف پراکنده‌ساز (0، 2/0، 4/0، 6/0، 8/0 و 1 درصد وزنی بر اساس وزن کاربید سیلیسیم) تهیه شد. نتایج نشان داد که برای رسیدن به یک دوغاب با گرانروی مناسب به ۴/0 درصد وزنی پراکنده ساز تترا‌متیل آمـونیوم هیدورکسید، pH برابر 5/10 و ۲۴ ساعت زمان برای مخلوط‌سازی نیاز است. در این دوغاب‌ها سازوکار دافعه الکترواستریکی باعث پایداری دوغاب‌ها شده و اضافه کردن مونومر اکریلآمید باعث کاهش گرانروی شد. نتایج نشان داد که در نسبت بهینه اتصال دهنده متیلن بیس اکریلامید به مونومر برابر 1 به 5/17 بیش‌ترین استحکام خام حاصل شد. بدنه‌های ریخته‌گری ژل شده حاصل دارای استحکام خمشی MPA231 بودند.

کلیدواژه‌ها

کاربید سیلیسیم؛ ریخته‌گری ژلی؛ رفتار رئولوژی؛ استحکام خمشی

عنوان مقاله [English]

Investigating the Rheological Behavior of Silicon Carbide Gel Casting Suspensions and its Effect on the Silicon Carbide Bodies

نویسندگان [English]

Hesam Fallah-Arani¹؛ Salah Isafi¹؛ Parinaz Tabrizian¹؛ Saeid Baghshahi²

¹Non-metallic Materials Research Group, Niroo Research Institute (NRI), Tehran, Iran

²Dept. of Materials Eng., Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran

چکیده [English]

In this paper, the rheological behavior of SiC suspensions, fabricated via gel-casting method, and the influence of this behavior on the mechanical properties of the sintered samples were studied. To prepare castable and stable SiC suspensions, the rheological behaviour of the suspensions was characterized and optimized. To this aim tetramethylammonium hydroxide as dispersant, acrylamide as monomer, methylenebisacrylamide as cross linker, ammonium persulfate as initiator and tetramethylethylenediamine as catalyst were used. The results indicated that for obtaining stable SiC suspensions with suitable viscosity, 0.4 wt% dispersant of tetramethylammonium hydroxide, the pH of 10.5 and mixing time of 24 h were required. It should be noted that this suspension was electrosterically stable and the presence of the monomer acrylamide decreased the viscosity. The results showed that in the optimal ratio of methylenebisacrylamide cross linker to acrylamide monomer the highest strength was obtained. The flexural strength of the gel cast bodies was 231 MPa.

کلیدواژه‌ها [English]

Silicon carbide, Gel-casting, Rheological behavior, Flexural Strength

مراجع

References:
1- I. Ganesh, D. C. Jana, S. Shaik, N. Thiyagarajan,. An aqueous gelcasting process for sintered silicon carbide ceramics. J. Am. Ceram. Soc., 89(10)(2006), 3056-3064.
2 - ج. پوراسد، ن. احسانی، ع. خلیفه سلطانی،
"بررسی مسیر واکنشی تشکیل پوشش تدریجی SiC
بر گرافیت با روش سمانتاسیون بستهای و تاثیر نوع
مواد اولیه" مجله علمی پژوهشی مواد نوین، جلد 7 ،
شماره 4، تابستان 96 ، ص 46 - 39 .
3-
4- D. Jiang, “Gelcasting of carbide ceramics”, J Ceram Soc JPN, 116.1354 (2008), 694-699.
5- D. C. Jana, G. Sundararajan and K. Chattopadhyay, “Effect of monomers content in enhancing solid-state densification of silicon carbide ceramics by aqueous gelcasting and pressureless sintering”,Ceram. Int 43 (2017), 4852-4857.
6- Y. Huang and J. Yang, “Novel Colloidal Forming of Ceramics”. Springer, New York, 2010.
7- M. A. Janney, O. O. Omatete, C. A. Walls, S. D. Nunn, R. J. Ogle, G. Westmoreland, “Development of low‐toxicity
gelcasting systems”. J. Am. Ceram. Soc, 81(3)(1998), 581-591.
8- N. O. Shanti, D. B. Hovis, M. E. Seitz, J. K. Montgomery, D. M. Baskin, K. T. Faber, Ceramic laminates by gelcasting. Int. J. Appl. Ceram. Technol, 6(5)(2009), 593-606.
9- Q. Zhang and M. Gu, “Rheological properties and gel casting of concentrated aqueous silicon suspension”, Mater. Sci. Eng., 399 )2005) 351-357.
10- A. C. Young, O. O. Omatete, M. A. Janney, and P. A. Menchhofe, “Gelcasting of Alumina”, J. Am. Ceram. Soc., 74 (1991) 612-618.
11- M. Janney, C. Walls, O. O. Omatete, and R. Ogle, Gel casting, 1998.
12- M. Potoczek and E. Zawadzak, “Initiator effect on the gelcasting properties of alumina in a system involving low-toxic monomers”, Ceram. Int., 30 (2004) 793-799.
13- A. Barati, M. Kokabi, and M. H. N. Famili, “Drying of gelcast ceramic parts viathe liquid desiccant method”, J. Eur. Ceram. Soc.,23(2003) 2265-2272.
14- R. Gilissen, J. Erauw, A. Smolders, E. Vanswijgenhoven, and J. Luyten, “Gelcasting, a near net shape techniquent”, Mater. Des., 2(2000) 251-257.
88 بررسی رفتار رئولوژی دوغابهای ریختهگری ژلی کاربید سیلیسیم و تاثیر آن بر خواص مکانیکی بدنههای...
15- P. Tabrizian, F. Golestanifard, A. Alem, and E. Ghassemi, “The influence of gelcasting parameters on the preparation of Si porous bodies”, Mater. Lett., 183(2016), 19-22.
16- K. Mohanta and P. Bhargava, “Effect of Milling Time on the Rheology of Highly Loaded Aqueous-Fused Silica Slurry” J. Am. Ceram. Soc., 91)2( 640-643 (2008).
17- Q. Huang, P. Chen, M.Gu, Y. Jin, K. Sun, “Effect of surface modification on the rheological behavior of concentrated aqueous SiC suspensions”MaterLett, 56(4) (2002), 546-553.
18- X. Zhu, F. Tang, T. S. Suzuki, and Y. Sakka, “Role of the initial degree of ionization of polyethylenimine in the dispersion of silicon-carbide nano particles”.
J. Am. Ceram. Soc. 2003, 86(1), 189-