ساخت نانوکامپوزیت زیرکونیای تتراگونال- نانولوله کربنی به روش سل – ژل و بررسی استحکام و چقرمگی شکست آن، جهت کاربرد در صنعت هسته ای

در پروژه تحقیقاتی حاضر برای اولین بار کاربرد روش سل-ژل الکوکسیدی در تهیه کامپوزیت زیرکونیا- نانولوله کربنی مورد ارزیابی قرار گرفت. در این راستا ضمن استفاده از عوامل کنترل فرآیندهای هیدرولیز و تراکم، مانند استیل استون بعنوان عامل کمپلکس زا و همچنین ph محیط واکنش، شرایط بهینه عامل دار کردن نانولوله های کربنی بوسیله فرآیندهای اسیدی درجهت پراکنده سازی مناسب آنها در محیط واکنش مورد استفاده در فرآیند سل-ژل نیز مورد تحقیق قرار گرفت. تاثیر وجود نانولوله های کربنی در بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت نهائی با استفاده از مقادیر مختلف آنها در محدوده 2-5/0 درصد وزنی مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به مشکلاتی که در سینترینگ پودر نانوکامپوزیت از طریق روش معمول بخصوص از نظر عدم دستیابی به داتسیته مطلوب و احتمال آسیب به نانولوله های کربنی وجود داشت، از فرآیند سینتر پلاسمای جرقه ای (sps) برای ساخت قطعه نهائی کامپوزیت، استفاده شد. طی مراحل مختلف سنتز پودر و ساخت قطعه کامپوزیت از تکنیکهای گوناگون آنالیز و مشخصه یابی مواد مانند، xrd، sem، ftir، tem،sta و غیره بمنظور ارزیابی فرآیندها از طریق تعیین مشخصه های ساختاری محصولات بدست آمده در هر مرحله استفاده شد. نتایج نشان داد که علیرغم کنترل فرآیند های هیدرولیز و تراکم توسط عامل کمپلکس زای استیل استون و تشکیل فاز پایدار ysz در شرایط اسیدی ملایم ، پودر زیرکونیای بدست آمده سینتر پذیری لازم برای ساخت قطعه مناسب را، ندارد. در مقابل، استفاده از شرایط بازی محیط واکنش درفرآیند سل-ژل، منجر به تهیه پودرزیرکونیا با کیفیت مناسب از نظر اندازه و شکل ذرات و همچنین سینتر پذیری بمراتب بهتر می شود. بررسی ریز ساختار و خواص مکانیکی نمونه های سینتر شده مربوط به شرایط بازی در دمایc ° 1400و فشار mpa 25، حاکی از پخش همگن نانولوله های کربنی در ماتریس زیرکونیائی حاوی 5/0 درصد نانولوله های کربنی و همچنین افزایش 24 درصدی چقرمگی شکست نسبت به زیرکونیای خالص می باشد، که با افزایش درصد وزنی نانولوله های کربنی، چقرمگی شکست کاهش می یابد. نتایج این بررسی همچنین نشان داد که دانسیته و سختی کامپوزیتها در تمامی موارد ، روند کاهشی را نشان می دهد. بررسی های سطح شکست توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که مد شکست عمدتا به صورت شکست بین دانه ای می باشد و مکانیزمهای چقرمگی نظیر پل زنی ترک توسط نانولوله کربنی و بیرون زدگی نانولوله کربنی در سطوح شکست و پولیش شده نمونه ها مشاهده شد.