Ανάπτυξη νανοδομημένων κεραμο-μεταλλικών (Al2O3-Ni) σύνθετων υλικών και αξιολόγηση τους ως προς τη διάβρωση υψηλών θερμοκρασιών»
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Σταμούλης, Αλέξανδρος
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρασκευάστηκαν νανοσύνθετα υλικά,
αλούμινας σαν μήτρα και νικελίου ως ενίσχυση. Η πρώτη ύλη αγοράστηκε σε μορφή
σκόνης και αφού αλέσθηκε σε πλανητικό σφαιρόμυλο, ξηράνθηκε, μορφοποιήθηκε
σε πρέσα και πυροσυσσωματώθηκε σε σωληνωτό φούρνο στους 1300 oC σε
αναγωγικό περιβάλλον H2-5% Ar (ελεύθερη πυροσυσσωμάτωση). Τα παραχθέντα
σύνθετα είχαν τις εξής αναλογίες κατά βάρος: Al2O3-10% Ni, Al2O3-20% Ni, Al2O3-
30% Ni. Έγινε ταυτοποίηση των παραχθέντων υλικών, με τη βοήθεια του XRD, τα
οποία στη συνέχεια τοποθετήθηκαν σε φούρνο στους 800 oC αρχικά και μετέπειτα
στους 900 oC και 1000 oC αντίστοιχα για 265 h, 532 h και 224,5 h αντίστοιχα,
προκειμένου να ελεγχθεί η συμπεριφορά των νανασύνθετων ως προς την οξείδωση.
Και οι τρεις συστάσεις παρουσίασαν πολύ καλή συμπεριφορά ως προς την
οξείδωση υψηλών θερμοκρασιών λόγω σχηματισμού προστατευτικού επιστρώματος
σπινελίου NiAl2O4. Το σύνθετο 30% Ni/Al2O3 παρουσίασε την μεγαλύτερη αύξηση
μάζας, όμως και τη μεγαλύτερη δυσθραυστότητα μετά την οξείδωση.
Μετά την διαδικασία της οξείδωσης έγινε χαρακτηρισμός των δειγμάτων με
τη βοήθεια ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM) και περίθλασης ακτίνων Χ
(XRD). Αρχικά οι αναλύσεις ΧRD έδειξαν ότι κατά την οξείδωση του νανοσύνθετου
σχηματίστηκε σπινέλιος, οι κορυφές του οποίου μάλιστα γινόταν πιο έντονες όσο
ανέβαιναν τα επίπεδα θερμοκρασίας, δηλαδή από τους 800 oC μέχρι τους 1000 oC.
Το νικέλιο (Ni) της επιφάνειας οξειδώθηκε πλήρως και στις 3 συστάσεις και στις 3
θερμοκρασίες.
Εν συνεχεία έγινε χαρακτηρισμός των δειγμάτων με τη βοήθεια SEM, κάτι το
οποίο ήρθε να επιβεβαιώσει τα όσα έδειξαν οι αναλύσεις XRD, δηλαδή την
δημιουργία φάσης σπινελίου. Επίσης σε πολλές περιπτώσεις παρατηρήθηκε υψηλό
πορώδες κάτι το οποίο φάνηκε και από τις αναλύσεις που έγιναν με τη μέθοδο του
Αρχιμήδη. Αύξηση του Ni οδήγησε σε μέτρια αύξηση του πορώδους λόγω αύξησης
του ποσού του σπινελίου. Εμφανίστηκε ο περικρυσταλλικός τύπος οξείδωσης καθώς
και το φαινόμενο της γεφύρωσης των σωματιδίων του Ni στα άκρα των ρωγμών με
τη μορφή σπινελίου, λόγω ασθενών δεσμών στη διεπιφάνεια. Ύπαρξη πορώδους στη
διεπιφάνεια λόγω διαφοράς παραμόρφωσης Ni και Al2O3, ενώ σε κάποιες
περιπτώσεις εμφανίστηκε και υψηλή τραχύτητα στην επιφάνεια των δοκιμίων.
In the present postgraduate thesis, nanocomposite materials of alumina (Al2O3) as ceramic matrix and metallic nickel (Ni) as reinforcement were prepared. The first raw materials were powders which were milled with a high energy ball mill in assistance of homogeneity, dried inside a chamber furnace, shaped with a hydraulic press and sintered (presureless sintering) in a cylindric furnace at 1300 oC. The powder was reduced in a dry hydrogen atmosphere plus 5% argon (Ar). Final products of Ni/Al2O3 nanocomposites were consisted of 10, 20 and 30% nickel (Ni). After sintering, Ni/Al2O3 nanocomposites were placed inside a chamber furnace in order to be submitted in high temperatures oxidation. Ni/Al2O3 nanocomposites were calcined at 800 oC for 265 h, 900 oC for 532 h and 1000 oC for 224,5 h. The 3 different compositions (10,20 and 30%) of Ni/Al2O3 nanocomposites demonstrated remarkable behavior in high temperatures oxidation because of the protective layer, spinel (NiAl2O4), formation. The nanocomposite consisted of 30% Ni introduced greater mass increase and better fracture toughness in comparison with 10 and 20% Ni. After the process of high temperatures oxidation, the specimens identified with x-Ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Initially, XRD analysis identified the formation of spinel (NiAl2O4) after high temperatures oxidation. Spinel peaks were getting more and more intense with the increasing of temperature. Nickel (Ni) was completely oxidized on the surface of all the three different compositions (10, 20 and 30% Ni/Al2O3) at three different temperature stages (800, 900 and 1000 oC). SEM analysis approved the existence of spinel on nanocomposites surfaces. Oxidation of nanocomposites identified inside the structure of specimens as well. Porosity appeared at the interface of Ni/Al2O3. Intergranular type of oxidation and bridging effect of nickel inclusions (via spinel formation) at the edge of cracks identified. In some cases, on specimens’ surface, high harshness appeared because of oxides deposition. Porosity measurements with Archimedes’ method approved that increasing the quantity of nickel inclusion leads to higher porosity for Ni/Al2O3 nanocomposites because of the spinel formation and the thermal mismatch of Al2O3 and Ni.
In the present postgraduate thesis, nanocomposite materials of alumina (Al2O3) as ceramic matrix and metallic nickel (Ni) as reinforcement were prepared. The first raw materials were powders which were milled with a high energy ball mill in assistance of homogeneity, dried inside a chamber furnace, shaped with a hydraulic press and sintered (presureless sintering) in a cylindric furnace at 1300 oC. The powder was reduced in a dry hydrogen atmosphere plus 5% argon (Ar). Final products of Ni/Al2O3 nanocomposites were consisted of 10, 20 and 30% nickel (Ni). After sintering, Ni/Al2O3 nanocomposites were placed inside a chamber furnace in order to be submitted in high temperatures oxidation. Ni/Al2O3 nanocomposites were calcined at 800 oC for 265 h, 900 oC for 532 h and 1000 oC for 224,5 h. The 3 different compositions (10,20 and 30%) of Ni/Al2O3 nanocomposites demonstrated remarkable behavior in high temperatures oxidation because of the protective layer, spinel (NiAl2O4), formation. The nanocomposite consisted of 30% Ni introduced greater mass increase and better fracture toughness in comparison with 10 and 20% Ni. After the process of high temperatures oxidation, the specimens identified with x-Ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Initially, XRD analysis identified the formation of spinel (NiAl2O4) after high temperatures oxidation. Spinel peaks were getting more and more intense with the increasing of temperature. Nickel (Ni) was completely oxidized on the surface of all the three different compositions (10, 20 and 30% Ni/Al2O3) at three different temperature stages (800, 900 and 1000 oC). SEM analysis approved the existence of spinel on nanocomposites surfaces. Oxidation of nanocomposites identified inside the structure of specimens as well. Porosity appeared at the interface of Ni/Al2O3. Intergranular type of oxidation and bridging effect of nickel inclusions (via spinel formation) at the edge of cracks identified. In some cases, on specimens’ surface, high harshness appeared because of oxides deposition. Porosity measurements with Archimedes’ method approved that increasing the quantity of nickel inclusion leads to higher porosity for Ni/Al2O3 nanocomposites because of the spinel formation and the thermal mismatch of Al2O3 and Ni.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Νανοσύνθετα υλικά, Αλούμινα, Νικέλιο, Κεραμικά, Μέταλλα, CMC, Κεραμικές μήτρες, Σύνθετα υλικά
Θεματική κατηγορία
Νανοσύνθετα (υλικά)
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
el
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Πολυτεχνική Σχολή. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Όνομα επιβλέποντος
Λεκάτου, Αγγελική
Εξεταστική επιτροπή
Αγαθόπουλος, Συμεών
Καρακασίδης, Μιχαήλ
Λεκάτου, Αγγελική
Καρακασίδης, Μιχαήλ
Λεκάτου, Αγγελική
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών. Πολυτεχνική Σχολή
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
157
Λεπτομέρειες μαθήματος
item.page.endorsement
item.page.review
item.page.supplemented
item.page.referenced
Άδεια Creative Commons
Άδεια χρήσης της εγγραφής: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States