تهیه نانو پودر کاربید زیرکونیم و بررسی خواص پودر حاصل

از جمله صنایعی که در دهه های گذشته پیشرفت چشمگیری در عرصه های گوناگون به خود دیده است، صنعت سرامیک است. اگرچه بخش وسیعی از صنعت سرامیک را سرامیک های سنتی یا سیلیکاتی تشکیل داده اند، اما در دهه های اخیر سرامیک های جدید با خواص و کاربردهای متنوع توسعه یافته اند. این سرامیک ها دارای خواص بی-نظیری مانند مقاومت حرارتی و شیمیائی بالا و خواص مکانیکی خوب هستند. از آن جمله می توان به کاربید های سرامیکی که دسته مهمی از محصولات سرامیکی را شامل می شوند ، اشاره نمود. کاربیدها مواد بسیار مفید برای کاربردهای صنعتی هستند. این مواد به علت نقطه ذوب بالا، پایداری فازی و مقاومت به شوک حرارتی همواره مورد توجه می باشند. کاربیدها همچنین استحکام دما بالای بسیار مناسبی دارند و در محدوده دمایی بالای ?1000 بسته به ترکیب استوکیومتری آن ها انتقال حالت تردی به نرمی را نشان می-دهند. کاربیدها خصوصاً کاربیدهای دیرگداز هر روز اهمیت بیشتری در صنعت پیدا می کنند و علت این امر خواص مطلوب آن ها ازقبیل استحکام بالا، سختی زیاد، مقاومت به خوردگی خوب و دیرگدازی است که می توان از آن ها در کاربردهای متفاوتی استفاده نمود. نمونه ای از این کاربردها عبارتند از: کامپوزیت های دما بالا، کاربردهای خودروسازی و هوافضا، دیرگدازها و المنت های حرارتی کوره، زره های سرامیکی، کاربردهای هسته ای و تشعشعی و کاربردهای الکترونی و نوری. یکی از انواع کاربیدهای سرامیکی، کاربید زیرکونیم است که اگرچه دارای خواص جالب و متنوعی می باشد اما به دلیل پیچیدگی وپرهزینه بودن فرآیندهای تولید، هنوز کاربردهای وسیعی در صنعت پیدا نکرده است. این ماده از جمله ترکیبات سخت شناخته شده با سختی حدود kg/mm^22600 می باشد. ازخواص برحسته این کاربید می توان به این موارد اشاره کرد: سختی بالا نقطه ذوب بالا مقاومت در برابر خوردگی هدایت الکتریکی و حرارتی بالا کاربید زیرکونیم به دلیل نقطه ذوب بالا، پایداری فاز جامد و مقاومت خوب در برابر شوک های حرارتی از پتانسیل زیادی برای کار در شرایط دما بالا برخودار می باشد. از طرف دیگر به دلیل سختی زیاد و مقاومت به سایش بالایی که دارد قابلیت کاربرد در ابزارهای برشی و مقاوم به سایش را نیز دارد. از آنجا که توزیع، مورفولوژی، خلوص ودرجه کریستالی بودن مواد به روش تولید آن ها بسیار وابسته است، بنابراین روش فرآوری کاربیدها از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. برخلاف بسیاری از مواد سرامیکی مثل اکسیدها که می توانند از مواد خام موجود در طبیعت تولید گردند، کاربیدها معمولاً به صورت طبیعی وجود ندارند. سنتز این مواد پر هزینه و مشکل است چرا که این مواد علاوه بر دیرگدازی بالا، از لحاظ شیمیایی نیز به میزان زیادی خنثی هستند و معمولاً یک تمایل کلی به تجزیه شدن در حین ذوب از خود نشان می دهند. در نتیجه آن ها نمی توانند به سهولت توسط تکنیک های متالورژیکی معمول نظیر ریخته گری تهیه شوند و همچنین نمی توانند به صورت عادی و بدون کمک زینترها، زینتر گردند. در چند دهه گذشته تکنیکـ های مختلفی برای تولید این مواد توسعه یافته اند که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد: احیاء کربوترمال سنتز خوداحتراقی دما بالا رسوب شیمیایی فاز بخار معمولاً مخلوط های پودری کربن و زیرکونیم، هیدرید زیرکونیم (zrh_2 ) و یا اکسید زیرکونیم (zro_2) برای واکنش وتولید کاربید زیرکونیم مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجائی که مواد اولیه در مقیاس نسبتاً بزرگ (عموماً در حد میکرومتر) می باشند، معمولاً دماهای بالایی برای واکنش های مورد نظر خصوصاً احیاء کربوترمال لازم است. بنابراین پودرهای تولید شده عموماً درشت سایز می-باشند. بر این اساس فرآیند پرس برای تولید قطعات با دانسیته مناسب ضروری به نظر می رسد. تحقیقات اخیر نشان می دهد درصورتیکه از روش های مبتنی بر مواد اولیه محلول استفاده شود دمای فرآیند تهیه پودرها به مراتب کم می شود. معمولاً سرعت نفوذ واکنشگرها در فاز مایع چندین برابر بیشتر از فاز جامد است به همین دلیل سنتز مواد در فاز مایع در دمای کمتری انجام شده و از رشد دانه ها نیز ممانعت می شود. روشهای شیمیایی دارای برتری هایی از نقطه نظر یکنواختی شیمیایی و قابل کنترل بودن پارامترها به منظور کنترل جوانه زنی و رشد ذرات در مقایسه با اغلب روشهای دیگر می باشند. در بین روش های شیمیایی، سل ژل را می توان متداول ترین روش تولید نانوذرات در فاز مایع دانست. دلیل این موضوع به سهولت روش، عدم نیاز به تجهیزات ویژه و تنوع محصولات تولیدی برمی گردد. با وجود پیشرفت های حاصل شده در کاربردهای مهندسی نیاز به پودرهای پیشرفته که توانائی کار در شرایط خاص و حساس را داشته باشند هنوز احساس می شود. نانوپودرها پاسخگوی نیاز این قطعات و بسیاری از کاربردهای مهندسی خواهند بود. چنین پیشرفتی در صنعت مواد پودری، طراحان را قادر خواهد ساخت تا خواص مواد را در مقیاس اتمی دستکاری کنند و قطعات مورد نیاز را برای کاربردهای ویژه تولید کنند. از این رو با توجه به بهبود خواص مواد در مقیاس نانو و نیز مزایای روش سل ژل هدف از انجام این پایان نامه سنتز نانو پودرکاربید زیرکونیم به روش سل ژل می باشد.