اعمال پوشش bn نانوساختار بر کامپوزیت کربن-کربن به روش سل-ژل

در این پژوهش، پوشش نیترید بور با ضخامت های مختلف به کمک روش سل-ژل و فرآیند غوطه وری بر کامپوزیت کربن-کربن نشانده شده است. به دلیل حساسیت کربن به اکسیژن با افزایش دما و همچنین تکمیل فرآیند تشکیل نیترید بور، از کوره تحت اتمسفر خلأ و به دنبال آن گاز نیتروژن با خلوص %999/99 جهت نیتریده کردن استفاده شده است. با حل شدن اسید بوریک و اوره در متانول و آب سل غوطه وری به دست آمده است. کامپوزیت کربن-کربن پس از غوطه ور شدن در سل، به مدت 10 ساعت در هوای آزاد و 2 ساعت در آون با دمای c°120 خشک شد. جهت مقایسه خواص نهایی و استخراج مقادیر بهینه، پارامترهای مختلفی ازجمله دما، تعداد دفعات غوطه وری و آماده سازی اولیه نمونه در نظر گرفته شدند. تعدادی نمونه کربنی تحت عملیات حرارتی اولیه در دمای c°350 و تعدادی دیگر در محیط اسید نیتریک به منظور فعال شدن سطح قرار گرفتند. سیکل های غوطه وری و پوشش دهی 1، 2 و 4 مرتبه انجام پذیرفت. همچنین نیتریده کردن تحت دماهای c°650 و c°1000 انجام شد. پوشش های به دست آمده با استفاده از آنالیزهای حرارتی (sta)، پراش پرتو ایکس (xrd) و طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز (ftir) مورد بررسی قرار گرفتند. بررسی ضخامت و سطح پوشش ها با میکروسکوپ های الکترونی روبشی (sem) و نیروی اتمی (afm) انجام شد. طی سیکل های مختلف پوشش دهی 1، 2 و 4 مرتبه، ضخامت پوشش نانوساختار به ترتیب 55، 120 و 210 نانومتر ایجاد گردیده است. همچنین با افزایش دفعات غوطه وری، میانگین زبری پوشش از 30 نانومتر به 16 نانومتر کاهش پیدا کرده است. نتایج حاصل از ftir حاکی از سنتز نیترید بور در هر دو دما می باشد. نتایج آنالیز xrd نشان دهنده ساختار شبه کریستالی tbn پوشش در دمای c°650 و ساختار hbn در دمای c°1000 بوده است. آنالیز حرارتی نشان داد که نیترید بور در دمای حدود c°380 تشکیل شده و در دمای c°600 آغاز به کریستالی شدن کرده است. جهت بررسی استحکام مکانیکی نمونه قبل و پس از پوشش دهی از تست کشش استفاده شده است. نتایج این تست نشان داد نمونه یک مرتبه پوشش داده شده در دمای c°1000، استحکامی معادل mpa 1900 داشته درحالی که استحکام نمونه بدون پوشش mpa 1670 بوده است. درحالی که نمونه 4 مرتبه پوشش داده شده دارای استحکام mpa 690 بود.