فهرست مطالب

علم و مهندسی سرامیک - سال دهم شماره 4 (پیاپی 39، زمستان 1400)

نشریه علم و مهندسی سرامیک
سال دهم شماره 4 (پیاپی 39، زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/01/27
  • تعداد عناوین: 7
|
  • منیژه هادیان دهکردی*، بهروز عمرانی صفحات 1-17

    مجموعه عمارت نصریه  (ساخته 882 ه.ق)  که به نام های مسجد جامع سلطان حسن و مسجد و مدرسه حسن پادشاه نیز معروف است، به همراه اکثر بناهای تاریخی تبریز در زلزله 1194 هجری قمری تخریب شدند. در گمانه زنی های سال 1385 در این مجموعه دو قطعه چینی آبی و سفید طی خاکبرداری گنبد خانه مسجد جامع سلطان حسن کشف شد. از آنجا که شهر تبریز به لحاظ موقعیت جغرافیایی یک مرکز تجاری مهم در مسیر راه ابریشم شناخته شده و نقش مهمی در گسترش ارتباطات با آسیای شرق دور و خصوصا چین داشته، به همین دلیل یکی از کالاهای مورد تقاضای چین در ایران و تبریز چینی های آبی و سفید بوده است. لذا اصالت و منشاء دو قطعه سفال مکشوفه از نظر دوره تاریخی و محل ساخت آنها سوالات اصلی این تحقیق هستند. برای پاسخ به این سوالات از روش های آزمایشگاهی سالیابی ترمولومینسانس (TLD)، میکروسکوپ الکترونی (FE-SEM/EDS) و پتروگرافی استفاده شد. علاوه بر این نقوش و نشانه های روی این سفال ها با نمونه های مشابه و شاهد مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. نتایج بدست آمده از این مطالعات نشان می دهد سفالینه های مورد مطالعه مربوط به اواخر دوره صفوی (1058-1050 هجری شمسی) هستند. طبق نتایج پتروگرافی و تجزیه عنصری این دو نمونه چینی با معدن خاک رس زنوز واقع در شمال غرب تبریز نشان می دهد احتمال استفاده از خاک این منطقه برای ساخت این سفالینه ها را زیاد است. همچنین لعاب این سفال ها از نوع زیر رنگی و قلیایی بوده و عناصر سازنده رنگدانه ی آبی آنها کبالت و آهن و رنگ آبی روشن یا خاکستری در آنها از عناصر کروم، کبالت و آهن تشکیل شده است. بر اساس درصد بالای آهن در این رنگدانه ها همچنین درصد کم آلومینیم در آنها می توان نتیجه گرفت که برخلاف سفال های ساخته شده در چین که جوهر رنگ آبی آنها آلومینات کبالت است جوهر آبی در این نمونه ها از نوع سیلیکات کبالت می باشد. شکل و فرم نشان پشت یکی از این سفالینه ها از نوع «نشان های ویژه» است که سفالگران دوره ی صفوی روی تولیدات کارگاه خود نقش می زدند. نقوش روی یکی از سفال ها (دارای نشان) از نوع گیاهی، حیوانی و هندسی و با ظرافت بیشتر به رنگ آبی تیره و خاکستری است، در حالیکه نقش قطعه سفال دوم از نوع انسانی (روایتی) با رنگ آبی تیره و روشن است. در مجموع می توان گفت این سفالینه ها در دوره صفوی هستند که به احتمال زیاد در تبریز ساخته شده اند.

    کلیدواژگان: مسجد جامع سلطان حسن، چینی های آبی و سفید، صفوی، لعاب، پرسلان
  • راضیه چهارمحالی، آرش فتاح الحسینی* صفحات 18-29

    در این پژوهش، تاثیر زمان انجام فرآیند پوشش دهی بر ریزساختار و رفتار خوردگی آلیاژ منیزیمی AZ31 پوشش داده شده به روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی مورد بررسی قرارگرفته است. به منظور این بررسی، الکترولیت پایه فسفاتی حاوی نانو ذرات هیدروکسی آپاتیت در زمان های مختلف 5، 10و 15 دقیقه مورد استفاده قرار گرفت. ویژگی های سطح و ترکیب شیمیایی پوشش ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی و الگوی پراش پرتوایکس مورد بررسی قرار گرفت. خواص خوردگی پوشش ها در محیط شبیه ساز بدن توسط آزمایش های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی مورد مطالعه قرارگرفته است.  نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که با افزایش زمان پوشش دهی تا 15 دقیقه اندازه تخلخل ها و ضخامت پوشش ها افزایش یافت. پوشش ایجاد شده در مدت زمان 10 دقیقه کم ترین درصد تخلخل را در بین نمونه ها داراست. همچنین نتایج نشان داد که پوشش ایجاد شده در 10 دقیقه دارای کم ترین چگالی جریان خوردگی (8-10× 33/2 آمپر بر سانتی متر مربع) در بین نمونه ها بود.

    کلیدواژگان: آلیاژ منیزیمی AZ31B، اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی، رفتار خوردگی، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی، پلاریزاسیون پتانسیودینامیک
  • سید علی حسینی زاده*، حمیدرضا بهاروندی، حمزه فراتی راد، ناصر احسانی صفحات 30-44

    قطعات بالک Ti3SiC2 با استفاده از رخنه دهی مذاب Si به داخل پریفورم های متخلخلی با ترکیب های مختلف سنتز شد. ترکیب اولیه پریفورم ها بر اساس فرمول های TiC، 2TiC/Ti، 3TiC/0.3Si، 3Ti/2C(carbon active) و 3Ti/2C(graphite) تهیه شد و با روش پرس سرد به صورت قرص درآمد. شمش های Si به میزان سه برابر مقدار استوکیومتری وزن شد و برای انجام فرآیند مذاب خورانی بر روی قرص ها قرار داده شد. فرآیند مذاب خورانی در دمای 1500ºC و به مدت 1 ساعت در خلا 10-4torr انجام شد. آنالیز فازی و مشاهده مورفولوژی به ترتیب توسط XRD و FE-SEM انجام شد و مشاهده گردید که بهترین نتیجه مربوط به نمونه ای با ترکیب پریفورم 3TiC/0.3Si بوده و در مقابل نمونه هایی با ترکیب پریفورم 3Ti/2C دارای مقدار زیادی ناخالصی هستند. همچنین مشخص شد که اندازه میانگین نانولایه های مشاهده شده با آنالیز FE-SEM برابر با nm58/38 است که در محدوده نانو قرار دارد.

    کلیدواژگان: مذاب خورانی واکنشی، پریفورم متخلخل، بالک Ti3SiC2، ترکیب شیمیایی پریفورم، سرامیک های نانولایه
  • ابوالحسن نجفی*، غلامرضا خلج، عیسی احمدی راد صفحات 45-54

    در این تحقیق، ذرات TiB2 از طریق روش سل- ژل در ابعاد نانومتری سنتز شد. ابتدا سل در سیستم چهار جزیی آلکو کسید- کاربید بور- آب- الکل بر پایه فرایند شیمیایی سل ژل تحت شرایط اسیدی و در محدوده 5=pH آماده شد. تیتانیوم تترا ایزو پروپوکساید و کاربید بور به عنوان مواد اولیه مورد استفاده قرار گرفت. پس از فرایند هیدرولیز و تشکیل ژل و به دنبال عملیات حرارتی، محصول نانو پودر TiB2 تهیه گردید. اثر پارامترهای pH و دما در فرایند سنتز این نانو پودرها مورد بررسی قرار گرفت . برای ارزیابی سازوکار تشکیل محصول در فرایند سل ژل از روش های آنالیز DLS ، زتامتر، SEM-DTA/TG-XRD-FTIR استفاده گردید، نشان داده شد که با کنترل pH در محدوده 5 ذرات پیش سازنده حاوی منابع Ti در اندازه های زیر 10 نانومتر می باشد. داده های FTIR نشان داد که پودر تهیه شده در دمای ºC900 دارای پیوندهای حاوی بور و تیتانیوم بوده و در محدوده عدد موج های cm-11100-1650 پیوندهای حاوی کربن شناسایی گردیدند. آنالیز DTA نشان داد که جوانه های اولیه ذرات TiB2 در محدوده ºC1380 تشکیل گردیده است. که در بررسی های الگوی پراش اشعه ایکس این مورد تایید گردید و با افزایش دما تا ºC 1430 فاز کریستالی TiB2 کامل شد. تصاویر ریزساختاری SEM نشان داد که ذرات TiB2 سنتز شده در محدوده زیر 100 نانومتر با دامنه توزیع باریک و یکنواخت صورت گرفته است.

    کلیدواژگان: سنتز، دی بوراید تیتانیوم، سل - ژل، نانو ذرات
  • میترا تقی خانی، جعفر جوادپور*، حمیدرضا رضایی صفحات 55-64

    با توجه به کاربرد و اهمیت روزافزون اکسید روی در علم و صنعت امروز در این پژوهش، نانو ذرات اکسید روی به روش گرمابی سنتز شدند. استات روی به عنوان منبع تامین یون روی، اسیدسیتریک و آب دیونیزه به ترتیب به عنوان عامل کیلیت ساز و حلال استفاده شدند. همچنین، اثر غلظت اسیدسیتریک به عنوان عامل کیلیت ساز بر مورفولوژی و ابعاد ذرات اکسید روی مطالعه شد. پودرهای سنتز شده با استفاده از آنالیز های پراش پرتو ایکس(XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) و اندازگیری سطح ویژه (BET) مشخصه یابی شدند. نتایج حاصل از آنالیز XRD نشان داد محصولات بدست آمده دارای ساختار هگزاگونال و به صورت تک فاز هستند. همچنین، افزایش غلظت افزودنی با تغییر شدت پیک ها و افزایش میزان بلورینگی همراه است. نتایج FTIR محصولات سنتزی و مقایسه ی گروه های عاملی اکسید روی و اسید سیتریک بیانگر عدم وجود عامل کیلیت ساز در محصول نهایی است. گروه های عاملی شنایی شده منحصرا مربوط به اکسید روی خالص هستند. تصاویر SEM نشان داد استفاده از عامل کیلیت ساز بر روند رشد ذرات و مورفولوژی آن تاثیر گذار است. همچنین، نتایج BET نشان داد سطح ویژه نمونه های سنتز شده در حضور عامل کیلیت ساز کاهش می یابد و میانگین اندازه ی تخلخل ها  nm24-9 بوده که بیانگر تشکیل یک ساختار مزو متخلخل است.

    کلیدواژگان: ذرات اکسید روی، سنتز هیدروترمال، کیلیت ساز، اسید سیتریک، موفولوژی
  • مونا قیم امانی، محمد معظمی گودرزی*، ارغوان کاظمی صفحات 65-75

    در این تحقیق کاربیدهای سمانته WC-10Co حاوی مقادیر مختلف از نانوذرات SiC (1 تا 4 درصد وزنی) به روش تفجوشی پلاسمای جرقه ای فرآوری شدند. اثر مقدار SiC بر ریزساختار، خواص مکانیکی و مقاومت به سایش با استفاده از آزمون های متالوگرافی، سختی سنجی، چقرمگی شکست و آزمون سایش پین بر دیسک مطالعه شد. نتایج مطالعات میکروسکوپی نشان داد که افزودن نانوذرات SiC با درشت شدن دانه ها و در نتیجه کاهش سختی ماده همراه بود. با این حال، چقرمگی شکست و به خصوص مقاومت به سایش به میزان قابل توجهی افزایش یافت. ضریب اصطکاک نیز با افزودن نانوذرات SiC کاهش یافت. کمترین نرخ سایش (1 میلیمتر مکعب بر متر) برای کاربید سمانته تقویت شده با 2 درصد وزنی نانوذرات بدست آمد. در نمونه بدون نانوذرات تقویت کننده، سیلان پلاستیک وسیع زمینه به همراه بیرون کشیده شدن ذرات WC موجب نرخ سایش زیاد (23 میلیمتر مکعب بر متر) شد. در نمونه های نانوکامپوزیتی، انحلال جزیی SiC و استحکام بخشی محلول جامد ناشی از آن موجب تقویت فاز بایندر Co و کاهش تغییر شکل پلاستیک شد. علاوه براین، ذرات WC درشت در نمونه های نانوکامپوزیتی مقاومت بیشتری در برابر بیرون کشیده شدن از خود نشان دادند که در نتیجه آن مقاومت به سایش افزایش یافت.

    کلیدواژگان: کاربیدهای سمانته، نانوذرات SiC، رشد دانه، چقرمگی شکست، مکانیزم سایش
  • سعید شبستری*، کتایون محمدی، مهدی دیواندری صفحات 76-88

    احتیاج جوامع به منابع انرژی نوین لزوم استفاده از مواد هوشمند را ضرورت بخشیده است. یکی از مهمترین انواع این مواد، نیمه رسانای فوتوکاتالیست نامتجانس CuxO/blackTiO2 است. در این تحقیق از فوم مسی به عنوان زیر لایه استفاده شد و با انجام فرآیند آندایزینگ در محلول یک مولار هیدروکسید سدیم تحت جریان های پالسی و مستقیم،  لایه CuxO  بر روی فوم مسی ایجادگردید.  سپس به منظور تهیه blackTiO2 از پاشش چرخشی سل TiO2 استفاده شد و نمونه ها در محیط آرگون کلسینه شدند. نتایج نشان دادند که استفاده از جریان پالسی منجر به تشکیل Cu2O با ریزساختار اکتاهدرال شده و زاویه تماس این اکسید آبگریز 9/121 تعیین شد. در شرایطی که جریان مستقیم  به ماده اعمال گردید، حفره های سطحی متشکل از اکسید های Cu2O و  CuO با زاویه تماس 9/127 بوجود آمدند. پس از مرحله پوشش دهی اکسید های مس توسط blackTiO2 ، فوتوکاتالیست های تولید شده از قابلیت آبدوستی بالایی برخوردارشده و به سرعت آب را از خود عبور دادند. در این شرایط شکاف انرژی برای نمونه تهیه شده توسط جریان مستقیم ev 95/1 و برای نمونه تهیه شده توسط جریان پالسیev 2 تعیین گردید. بدیهی است که با توجه به نتایج بدست آمده ، نیمه رسانای فوتوکاتالیست ساخته شده، گزینه مناسبی برای استفاده درسیستم های تجزیه مواد رنگی و پساب ها با استفاده از نور مریی خواهد بود.

    کلیدواژگان: فوتوکاتالیست، نانوکامپوزیت، فوم مسی، ترشوندگی
|
  • Manijeh Hadian Dehkordi*, Behruz Omrani Pages 1-17

    The Nasriya complex (build up in 1478), also known as the Sultan Hassan Grand Mosque and the Mosque-Madrasa of Hassan Padshah, were destroyed due to earthquake in 1780, along with most of the historical monuments in Tabriz. Over archaeological speculations, two pieces of blue and white porcelain were discovered in this complex in 2006. As Tabriz was considered as an important commercial center in the Silk Road with respect to geographic position and plays a main role in extending relationships with Far East (East Asia), especially China, Chinese blue and white dishes were regarded as one of Chinese goods which were demanded by Iran and Tabriz. Therefore the authenticity and origin of two discovered potteries with respect to historic period and construction area were regarded as the main questions in the present study. In this regard, research on the samples carried out by using experimental methods such as thermo-luminescence dating (TLD), scanning electron microscopy (FE-SEM/EDS) and petrography as well as comparing the motifs and symbols of these potteries with Chinese ones. The results indicated that the potteries under study belong to the late Safavid government (1640-1648). Based on petrography and elemental analysis of the samples to compare the Zonous Kaolinite located in the northwest of Tabriz indicated that the soil of this area was probably used to construct these potteries. Further, the glaze of these samples was under color and alkaline and their blue pigment involved cobalt and iron, while bright blue consisted of chromium, cobalt, and iron. Due to high percentage of iron and low percentage of aluminum in these pigments, the blue ink of these samples was related to cobalt silicate which was inconsistent with Chinese potteries in which cobalt aluminate leads to blue color. The shape of the mark which was drawn on the exterior of these potteries is the type of “character marks” drawn by the potters of Safavid era on the products of their workshop. The motif related to the pottery having the mark is blue and grey plant, animal, and geometric with high delicacy, while that of other pottery is dark and bright blue human motifs (narrative) with lower delicacy. These potteries were probably constructed in Safavid era and probably created in Tabriz. Studying further samples and comparing with control ones can help conclusive results.

    Keywords: Sultan Hassan Grand Mosque, White, Blue Chinese, Safavid, Glaze, Porcelain
  • Razieh Chaharmahali, Arash Fattah-Alhosseini* Pages 18-29

    In this study, the effect of coating time on the microstructure and corrosion behavior of AZ31 Mg alloy coated by plasma electrolytic oxidation (PEO) method has been investigated. For this purpose, phosphate-based electrolyte containing hydroxyapatite nanoparticles was used at different times of 5, 10 and 15 minutes. The surface properties and chemical composition of the coatings were investigated using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) pattern. The corrosion properties of coatings in the simulated body fluid have been studied by potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy tests. The results of this study showed that with increasing the coating time to 15 minutes, the size of the pores and the thickness of the coatings increased. The coating created in 10 minutes has the lowest percentage of porosity among the samples. The results also showed that the coating created in 10 minutes had the lowest corrosion current density (2.33 × 10-8 A/cm2) among the samples.

    Keywords: AZ31 Mg alloy, plasma electrolytic oxidation (PEO), corrosion behavior, electrochemical impedance spectroscopy, potentiodynamic polarization
  • Seyyed Ali Hosseinizadeh*, Hamidreza Baharvandi, Hamze Foratirad, Naser Ehsani Pages 30-44

    Ti3SiC2 bulks were synthesized using Si melt infiltration into porous preforms with different chemical compositions. The initial composition of the preforms was prepared on the basis of the TiC, 2TiC/Ti, 3TiC/0.3Si, 3Ti/2C (carbon active) and 3Ti/2C (graphite) formulations and was pressed into pellet using a cold press method. The Si ingots were weighed 3 times the stoichiometric value and in order to carry out the melt infiltration process were placed on pellets. The melt infiltration process was carried out at a temperature of 1500°C for 1 hour in a vacuum of 10-4torr. Phase analysis, morphological observation and elemental analysis were performed by XRD, FE-SEM and EDS, respectively, and it was observed that the best result was for a sample with 3TiC/0.3Si preform and the samples with 3Ti/2C preform has a lot of impurities. It was also found that the size of the nano layers observed with the FE-SEM analysis is mainly in the range of 20 to 40 nm.

    Keywords: Reactive melt infiltration, porous preform, Ti3SiC2 bulk, chemical composition of preform, nanolayer ceramics
  • Abolhassan Najafi*, Gholamreza Khalaj, Eisa Ahmadi Rad Pages 45-54

    In this study, TiB2 particles were synthesized by sol-gel method in nanometer size. First, the sol was prepared in a four-component system of alkoxide -boron carbide -water-alcohol based on the sol-gel chemical process under acidic conditions at pH = 5. Titanium tetra-isopropoxide and boron carbide were used as raw materials. After hydrolysis and gel formation followed by heat treatment, TiB2 nanopowder product was prepared. The effect of pH and temperature parameters on the synthesis process of these nanopowders was investigated. To evaluate the mechanism of product formation in the sol-gel process DLS, Zetameter, SEM-DTA / TG-XRD-FTIR analysis methods were used. It was shown that by controlling the pH in the range of 5, precursor particles containing Ti sources was below 10 nm. The FTIR data showed that the powder prepared at 900°C had boron and titanium bonds and detected carbon bonds in the range of 1100- 1650 cm-1 . DTA analysis showed that the early nuclei of TiB2 particles formed in the range of 1380 °C. This was confirmed by X-ray diffraction studies and was completed by increasing the temperature to 1430 °C in TiB2 crystalline phase. SEM microscopy images showed that the synthesized TiB2 particles were in the range below 100 nm with a narrow and uniform distribution amplitude.

    Keywords: Synthesis, Titanium diboride, Sol-gel, Nanoparticles
  • Mitra Taghikhani, Jafar Javadpour*, Hamidreza Rezaei Pages 55-64

    Zinc oxide is one of the most widely used and important materials in today's science and industry. In this study, ZnO nanoparticles were synthesized by hydrothermal method. Zinc acetate, citric acid and deionized water was respectively used as a source of zinc ion, solvent and chelating agent. In this study, the effect of citric acid concentration as an additive was studied on morphology and particle size of ZnO. The synthesized powders were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) ,infrared spectroscopy (FTIR) and specific surface analysis (BET).The results of XRD analysis showed, the final products have hexagonal structure and are Single-phase. Increasing additive concentration changes the intensity of peaks and crystallizes rate.The results of FTIR and its comparison with existing functional groups confirmed the absence of citric acid in the final product. And the functional groups are just related to pure zinc oxide. SEM images showed that the use of chelating agent affects the growth of particles and morphology. BET showed noticeable changes in the specific surface area of synthesized samples in the presence of chelating agent.

    Keywords: Zinc oxide particles, Hydrothermal synthesis, Chelating agent, Citric acid, Morphology
  • Mona Ghayem Amanii, Mohammad Moazami-Goudarzi*, Arghavan Kazemi Pages 65-75

    WC-10Co cemented carbides containing 1 to 4 wt% SiC nanoparticles were prepared by spark plasma sintering. The effects of SiC content on microstructure, mechanical properties and wear resistance of the sintered materials were studied. Microstructural studies showed that SiC addition resulted in WC grain coarsening. In addition, the hardness decreased with increasing SiC content. However, the fracture toughness and wear resistance significantly improved with SiC incorporation. The lowest wear rate (1 mm3/m) was attained for the nanocomposite reinforced with 2 wt% SiC. In the unreinforced cemented carbide, the extensive plastic flow of the Co binder and WC grain pullout led to a high wear rate (23 mm3/m). In the nanocomposite samples, solid solution strengthening of the Co binder by partial dissolution of SiC particles decreased the degree of plastic deformation on the worn surfaces. In addition, coarser WC particles within the nanocomposite samples exhibited a higher resistance against pullout resulting in the enhanced wear resistance.

    Keywords: Cemented carbides, SiC nanoparticles, Grain growth, Fracture toughness, Wear mechanism
  • Saeed Shabestari*, Katayoun Mohammadi, Mehdi Divandari Pages 76-88

    Smart materials have been used extensively because of the need for new energy sources. One of the most important types of these materials is the CuxO / blackTiO2 heterogeneous photocatalyst semiconductor. In this study, copper foam was used as a substrate and by performing the anodizing process in a solution of one molar of sodium hydroxide under pulsed and direct currents, a CuxO layer was formed on the copper foam. Then, in order to prepare black TiO2, spin coating of TiO2 sol was used and the samples were calcined in argon atmosphere. The results showed that the use of pulsed current led to the formation of Cu2O with octahedral microstructure and the contact angle of this hydrophobic oxide was determined to be 121.85̊. While, surface pits consisting of Cu2O and CuO oxides were formed with a contact angle of 127.85 ͦ under direct current. After the copper oxides were coated by black TiO2, the photocatalysts produced had a high hydrophilicity and passed water rapidly. Under these conditions, the energy gap was determined for the sample prepared by direct current 1.95 ev and for the sample prepared by pulse current 2 ev. Obviously, according to the results, the built-in photocatalyst semiconductor will be a suitable option for use in systems for degradation of dyes using visible light.

    Keywords: Photocatalyst, nanocomposite, copper foam, wettability