احیاء مکانوشیمیایی اکسیدهای مس و روی در حضور کربن و آلومینیوم

در این تحقیق تولید کامپوزیت نانوساختار برنج - آلومینا به روش مکانوشیمیایی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از عناصر کربن و آلومینیوم به عنوان عوامل احیاء کننده اکسیدهای مس و روی استفاده شد. در مرحله اول به منظور بررسی تأثیر واکنش های احیاء آلومینوترمی بر تسریع و تسهیل واکنش های احیاء کربوترمی در دماهای آدیاباتیک مختلف، با انجام محاسبات ترمودینامیکی تغییرات دمای آدیاباتیک واکنش کلی احیاء نسبت به مقادیر کربن و آلومینیوم اولیه رسم شده و چهار دمای آدیاباتیک 298، 1300، 1800 و 2300 کلوین برای انجام آزمایشات آسیاکاری انتخاب گردید. نمونه های آسیاکاری شده در زمان های مختلف (0 تا 20 ساعت) تحت آزمایش های xrd، tga و dsc قرار گرفتند. نتایج xrd نشان داد در حالتی که دمای آدیاباتیک واکنش کلی احیاء کمتر از k 1800 باشد، واکنش ها به صورت تدریجی رخ می دهند و پس از 20 ساعت آسیاکاری تنها واکنش های احیاء آلومینوترمی فعال می شوند، ولی در صورتی که دمای آدیاباتیک واکنش کلی احیاء بیشتر یا مساوی k 1800 گردد، واکنش های احیاء کربوترمی و آلومینوترمی به صورت ناگهانی در فاصله زمانی بین 2 تا 3 ساعت آسیاکاری رخ می دهند، به طوری که پس از 3 ساعت آسیاکاری پیک های برنج و آلومینا در گراف xrd ظاهر می گردد. همچنین همزمان با احیاء مکانوشیمیایی، آلیاژسازی نیز رخ می دهد. نتایج tga نیز نتایج حاصل از آزمایش xrd را مورد تأیید قرار دادند به طوری که در نمونه ای که 2 ساعت آسیاکاری شده بود در طول حرارت دادن، کاهش وزن ناشی از فعال شدن واکنش های احیاء کربوترمی و حذف کربن از سیستم به صورت گاز co مشاهده گردید، ولی در نمونه 3 ساعت آسیاکاری شده تنها افزایش وزن ناشی از اکسیداسیون برنج در مجاورت هوا مشاهده شد که نشان از احیاء کربوترمی در طول آسیاکاری و حذف کربن از سیستم قبل از شروع آزمایش tga می داد. نتایج dsc نشان داد که در صورت وقوع واکنش ها به صورت تدریجی، سه واکنش احیاء cuo به cu2o، احیاء cu2o به cu و zno به zn به ترتیب با افزایش دما رخ می دهند. به کمک تصاویر tem مشاهده گردید که اندازه ذرات کامپوزیت برنج - آلومینای تولید شده پس از 20 ساعت آسیاکاری بین 0.2 تا 0.6 میکرومتر قرار دارد و اندازه دانه ها حدود 20 نانومتر است. در مرحله دوم افزایش حد حلالیت روی در مس مورد بررسی قرار گرفت. طبق دیاگرام فازی ماکزیمم حد حلالیت روی در مس دمای محیط حدود 35% است. نتایج xrd نشان داد که به کمک آسیاکاری می توان حد حلالیت روی در مس را تا 40 درصد اتمی در دمای محیط افزایش داد و آلیاژ برنج تک فاز آلفا حاوی 40 درصد اتمی روی تولید کرد.