دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته در رشته مهندسی مواد – شناسایی و انتخاب مواد مهندسی
عنوان:اثر گرافن بر خواص فشاری نانوکامپوزیت مس-گرافن
واحد ساوه
دانشكده فنی و مهندسی-گروه مواد
پایاننامه برای دریافت درجه كارشناسیارشد “M.Sc”
در رشته مهندسی مواد – شناسایی و انتخاب مواد مهندسی
عنوان :
اثر گرافن بر خواص فشاری نانوکامپوزیت مس-گرافن
استاد راهنما:
دكتر محمد ذاکری
استاد مشاور:
دكتر علی نظری
تیر 1392
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول : کلیات پژوهش
فصل دوم : مروری بر منابع تحقیقاتی
2-2- پنج روش اساسی برای تولید پودر مس وجود دارد كه عبارتند از. 7
2-2-1- رسوب الكترولیتی پودر مس.. 7
2-2-2- احیای گازی اكسید مس.. 8
2-2-4- رسوب پودر مس از محلول سولفات مس با آهن. 10
2-5- روند تحقیقات انجام شده برروی گرافن. 13
2-6-7- مقامت در برابر شكست.. 15
2-8-1- روش پوسته پوسته کردن میکرومکانیکی. 18
عنوان صفحه
2-8-3- روش رسوب نشانی بخار شیمیایی (CVD) 20
2-8-4- روش تهیه گرافن از اکسید گرافیت.. 21
2-11- انواع فرایند های آلیاژسازی مكانیكی. 23
2-11-1- آسیاب كاری مکانیکی (سایش مكانیكی) 23
2-11-2- آسیاب كاری واكنشی (مكانوشیمیایی) 23
2-12- انواع آسیاب های مورد استفاده در آلیاژسازی مكانیكی. 24
2-12-1-آسیاب گلوله ای سیاره ای. 24
2-21-2- آسیاب های گلوله ای ارتعاشی. 24
2-12-3- آسیاب های گلوله ای غلتشی. 25
2-12-4- آسیاب های گلوله ای شافتی. 26
2-12-5- آسیاب های گلوله ای مغناطیسی. 26
2-13- برخی از مهمترین كاربردهای روش آلیاژسازی مکانیکی. 27
2-14- متغییرهای فرایند روش آلیاژسازی مکانیکی. 27
2-14-3- نسبت وزنی گلوله به پودر. 28
2-14-4- میزان پر شدن محفظه آسیاب.. 28
2-14-5- اتمسفر درون محفظه آسیاب.. 29
2-14-7- جنس، اندازه و توزیع اندازه گلوله های آسیاب.. 29
2-15- مبانی فرایند آلیاژسازی مكانیكی. 30
2-15-1- مخلوط شدن ذرات پودر مواد اولیه 31
2-15-2- افزایش قابل ملاحظه نواقص كریستالی. 31
2-15-3- انتقال جرم بین ذرات پودر. 33
2-16- تحقیقات انجام شده بر کامپوزیت های تقویت شده با گرافن. 33
عنوان صفحه
2-16-1- نانو کامپوزیت آلومینیوم/گرافن. 33
2-16-2- نانو کامپوزیت مس/گرافن و نیکل/گرافن. 35
2-16-3- نانو کامپوزیت اپوکسی/گرافن. 36
فصل سوم : روش تحقیق (مواد و روش کار)
3-2- طراحی آزمون به روش تاگوچی. 39
3-3- آلیاژسازی و آسیاب کاری مکانیکی. 41
3-3-2- مراحل آلیاژسازی مکانیکی. 41
3-4- آزمایش بررسی و ارزیابی فازی ذرات پودری توسط پراش اشعهX.. 43
3-4-1- محاسبه اندازه دانه و کرنش شبکه 43
3-5- دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی. 44
3-7- آزمایش اندازه گیری چگالی و درصد تخلخل. 44
فصل چهارم : نتایج
4-1- بررسی مورفولوژی ذرات پودر آسیاب کاری شده 48
4-2- مطالعه پودرهای آسیاب شده با آنالیز پراش اشعه 52
4-2-1- تغییرات فازی در حین آلیاژسازی مکانیکی. 52
4-2-2- اندازه دانه و میکرو کرنش شبکه 54
4-5- بررسی نتایج سختی سنجی. 60
4-6- بررسی نتایج استحکام فشاری. 63
4-7- بررسی سطح شکست نمونه ها توسط. 66
عنوان صفحه
4-8- بررسی نتایج بدست آمده توسط نرم افزار کوآلتک… 68
4-8-1 بررسی نتایج استحکام فشاری. 68
4-8-1-1- تاثیر درصد گرافن بر استحکام فشاری. 68
4-8-1-2- تاثیر زمان آسیاب کاری بر استحکام فشاری. 69
4-8-1-3- تاثیر فشار پرس بر استحکام فشاری. 69
4-8-1-4- تاثیر دمای زینتر بر استحکام فشاری. 70
4-8-1-5- میزان تاثیر پارامتر های چهار گانه بر استحکام فشاری. 71
4-8-1-6- نمونه بهینه پیشنهادی تاگوچی برای استحکام فشاری. 71
4-8-2-1- تاثیر درصد گرافن بر سختی. 72
4-8-2-2- تاثیر زمان آسیاب کاری بر سختی. 72
4-8-2-3- تاثیر فشار پرس بر سختی. 73
4-8-2-4- تاثیر دمای زینتر بر سختی. 74
4-8-2-5- میزان تاثیر پارامتر های چهار گانه بر سختی. 74
4-8-2-6- نمونه بهینه پیشنهادی تاگوچی برای سختی. 75
4-8-3-1- تاثیر درصد گرافن بر چگالی. 75
4-8-3-2- تاثیر زمان آسیاب کاری بر چگالی. 76
4-8-3-3- تاثیر فشار پرس بر چگالی. 76
4-8-3-4- تاثیر دمای زینتر بر چگالی. 77
4-8-3-5- میزان تاثیر پارامتر های چهار گانه بر چگالی. 77
4-8-3-6- نمونه بهینه پیشنهادی تاگوچی برای چگالی. 78
فصل پنجم : نتیجه گیری
فهرست منابع
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل(2-1) : تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از ذره پودر مس الکترولیتی، 2800X. 8
شکل(2-2) : تصویر میکروسکوپی از ذرات مس احیا شده، 525X . 9
شکل (2-3) : تصویر میکروسکوپی از ذرات پودر مس اتمیزه شده، 450X. 9
شکل (2-4) : طول پیوند کربن ـ کربن در گرافن. 11
شكل (2-5) : حالات مختلف كربن : فلورین ها ، نانو لوله های كربنی و گرافیت.. 12
شكل(2-6) : شکافتن نانو لولههای کربنی برای تولید نانو نوارهای گرافنی. 16
شکل (2-7) : (الف) تصویر گرافن واقعی(ب) تصویر گرافن ایده آل. 18
شکل(2-8) : تولید گرافن به روش لایه برداری میکرومکانیکی. 18
شكل (2-11) : آسیاب گلوله ای سیاره ای. 24
شكل (2-12) : آسیاب گلوله ای ارتعاشی. 25
شكل (2-13) : آسیاب گلوله ای غلتشی. 25
شكل (2-14) : آسیاب گلوله ای شافتی. 26
شكل (2-15) : آسیاب گلوله ای مغناطیسی. 27
شكل (2-16) : طرح ساده ای از ذرات پودر حین برخورد گلوله ها. 30
شکل(3-1) : تصویر آسیاب گلوله ای سایشی. 41
عنوان صفحه
شکل(3-2) : تصویر قالب، المنت و ترمومتر. 42
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول(2-1) : برخی از مشخصات مس.. 7
جدول(2- 2) : خلاصه ای از روش های سنتز گرافن. 17
جدول (2-3) : سختی نمونه ها بر حسب ویکرز در حالت های پرس گرم و اکسترود شده 34
جدول(3-1) : پارامترهای موجود در تولید نانو کامپوزیت مس-گرافن. 40
جدول(3-2) : مشخصات تولید نانو کامپوزیت مس-گرافن. 40
جدول (4-2) : چگالی و درصد تخلخل نمونه ها قبل از زینتر. 61
جدول (4-3) : چگالی و درصد تخلخل نمونه ها بعد از زینتر. 58
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار (2-2) : تغییرات ضخامت متوسط لایه های نیكل و نیوبیوم در طی آلیاژسازی مكانیكی مخلوط پودرهای 31
نیكل و نیوبیوم باتركیب .Ni60Nb40. 31
نمودار (2-3) : روند كاهش اندازه دانه های نیكل در حین آلیاژسازی مكانیكی. 32
نمودار (2-5) : (a) استحکام کششی نمونه ها و (b) کرنش شکست نمونه ها. 34
نمودار(4-2) : منحنی Cos برحسب Sin نمونه Cu-0/5wt% Graphene پس از 10 ساعت آسیاب کاری 54
نمودار (4-3) : افزایش اندازه دانه پودر نانو کامپوزیت مس-گرافن با افزایش زمان آسیاب کاری. 56
نمودار (4-4) : افزایش کرنش شبکه پودر نانو کامپوزیت مس-گرافن با افزایش زمان آسیاب کاری. 56
نمودار (4-5) : آنالیز رامان (Raman) برای ردیابی صفحات گرافن در نانو کامپوزیت Cu-1wt% Graphene 57
نمودار (4-6) : مقایسه چگالی عملی نمونه ها (الف) : قبل از زینتر (ب) : بعد از زینتر. 58
نمودار (4-8) : نتایج بدست آمده از سختی قبل از زینتر. 61
نمودار (4-9) : مقایسه نتایج سختی قبل از زینتر. 61
نمودار (4-10) : نتایج بدست آمده از سختی بعد از زینتر. 62
عنوان صفحه
نمودار (4-11) : مقایسه نتایج سختی بعد از زینتر. 62
نمودار (4-13) : منحنی تنش – کرنش نمونه ها با Cu-0/2wt% Graphene 68
نمودار (4-14) : منحنی تنش – کرنش نمونه ها با Cu-0/5wt% Graphene 65
نمودار (4-15) : منحنی تنش – کرنش نمونه ها با Cu1wt% Graphene 66
نمودار (4-16) : تاثیر درصد گرافن بر استحکام فشاری. 68
نمودار (4-17) : تاثیر زمان آسیاب کاری بر استحکام فشاری. 69
نمودار (4-18) : تاثیر فشار پرس بر استحکام فشاری. 74
نمودار (4-19) : تاثیر دمای زینتر بر استحکام فشاری. 74
نمودار (4-20) : میزان تاثیر پارامتر های چهار گانه بر استحکام فشاری. 75
نمودار (4-21) : تاثیر درصد گرافن بر سختی. 72
نمودار (4-22) : تاثیر زمان آسیاب کاری بر سختی. 73
نمودار (4-23) : تاثیر فشار پرس بر سختی. 77
نمودار (4-24) : تاثیر دمای زینتر بر سختی. 78
نمودار (4-25) : میزان تاثیر پارامتر های چهار گانه بر سختی. 74
نمودار (4-26) : تاثیر درصد گرافن بر چگالی. 79
نمودار (4-27) : تاثیر زمان آسیاب کاری بر چگالی. 76
نمودار (4-28) : تاثیر فشار پرس بر چگالی. 76
نمودار (4-29) : تاثیر دمای زینتر بر چگالی. 77
نمودار (4-30) : میزان تاثیر پارامتر های چهار گانه بر چگالی. 81
گرافن یکی از مواد کریستالی دو بعدی است که در سال های اخیر شناسایی و تحلیل شده است. این ماده جدید ویژگی های منحصر به فرد زیادی دارد از جمله استحکام، هدایت حرارتی و الکتریکی بسیار بالا می باشد. از گرافن بعنوان ماده ای برای افزایش استحكام، سختی، هدایت الكتریكی و نیز هدایت حرارتی در نانو كامپوزیت های مس استفاده می شود. در این پژوهش از گرافن بعنوان فاز تقویت کننده در نانو کامپوزیت مس/گرافن جهت بهبود خواص مکانیکی استفاده شده است.
در این پروژه برای تهیه نانو کامپوزیت مس/گرافن از روش آلیاژسازی مكانیكی استفاده شده است که متغییرهای موجود در این پروژه شامل درصد گرافن، زمان آسیاب كاری، دمای زینتر و فشار پرس می باشد كه برای جلوگیری از انجام آزمونهای تکراری از طراحی آزمون به روش تاگوچی استفاده شد تا تعداد آزمونهای لازم برای رسیدن به جواب بهینه مشخص گردد. برای ساخت نمونه های مناسب از پودر، از روش فشرده سازی گرم تا دمای دمای ℃ 500 استفاده شده است و بعد از آن نمونه ها در کوره زینتر شدند. نتایج آزمایش ها حاکی از افزایش استحکام و سختی با افزایش درصد گرافن تا میزان 5/0 درصد وزنی می باشد و بیشترین مقدار سختی و استحکام فشاری برای نمونه حاوی 5/0 درصد وزنی گرافن، 15 ساعت آسیاب کاری، فشار Mpa600 و دمای ℃ 700 می باشد.
واژه های کلیدی : نانوکامپوزیت مس/گرافن- آلیاژسازی مکانیکی- استحکام فشاری.
فصل اول
کلیات پژوهش
كربن در طبیعت ساختارهای مختلفی دارد؛ الماس و گرافیت از ساختار های معروف آن هستند، در الماس هر اتم كربن با چهار اتم دیگر پیوند برقرار كرده است و این ماده بعنوان سخت ترین ماده جهان شناخته شده است. در گرافیت اتم های كربن در لایه های مجزایی با هم پیوند برقرار كردهاند. این لایه های روی هم قرار گرفته و با پیوند ضعیفی به هم متصل شده اند كه هر كدام از لایه های موجود درگرافیت را گرافن[1] مینامند.[1]
در گرافیت (یکی از آلوتروپ های کربن)، هر کدام از اتمهای چهارظرفیتی کربن، با سه پیوند کووالانسی به سه اتم کربن دیگر متصل شدهاند و یک شبکه گسترده را تشکیل دادهاند. این لایه خود بر روی لایهای کاملاً مشابه قرار گرفتهاست و به این ترتیب، چهارمین الکترون ظرفیت نیز یک پیوند شیمیایی داده است، اما پیوند این الکترون چهارم، از نوع پیوند واندروالسی است که پیوندی ضعیف است. به همین دلیل لایههای گرافیت به راحتی بر روی هم بلغزند و میتوانند در نوک مداد سیاه به کار بروند. گرافن مادهای است که در آن تنها یکی از این لایههای گرافیت وجود دارد و به عبارتی چهارمین الکترون پیوندی کربن، به عنوان الکترون آزاد باقی مانده است.[2]
گرافن یکی از مواد کریستالی دو بعدی است که در سال های اخیر شناسایی و تحلیل شده است. صفحهای ورقهای شکل به ضخامت یک اتم کربن را گرافن تک لایه مینامند. این ماده جدید ویژگیهای منحصر به فرد زیادی دارد که این امر باعث می شود آن را برای مطالعات اساسی و کاربردهای آینده به مادهای جالب مبدل سازد. [3]
گرافن به دلیل ساختار خود، در زمینه های زیادی ویژگی های بسیار منحصر به فردی را نشان میدهد. ثابت شده است که گرافن قوی ترین مادهای میباشد که تا کنون اندازه گیری شده است. از گرافن بعنوان مادهای برای افزایش استحكام ، هدایت الكتریكی و نیز هدایت حرارتی در نانو كامپوزیت های مس استفاده می شود. در تحقیقاتی كه بر روی نانو كامپوزیت مس-گرافن انجام شده است نشان میدهد كه گرافن باعث افزایش هدایت حرارتی مس شده است.[4]
كامپوزیت های پایه مس تقویت شده با گرافن به سبب هدایت الكتریكی و گرمایی مناسب و استحكام در دمای بالا، ماده مناسب برای كنتاكت های الكتریكی میباشد.
روش متداول تهیه این كامپوزیت ها، آلیاژسازی مكانیكی[2] می باشد، روش آلیاژسازی مكانیكی به دلیل سادگی، تجهیزات به نسبت ارزان و قابلیت حجم تولید بالا مورد توجه خاص است. آلیاژسازی مکانیکی یک فرایند پودری است که اجازه تولید مواد همگن را به ما میدهد، آلیاژسازی مکانیکی بطور معمول روش آسیاب گلوله ای با انرژی بالا است به این صورت است که در ابتدا ذرات فاز زمینه و فاز تقویت کننده با هم مخلوط میشوند و سپس به مدت زمان زیادی تا وقتیکه به حالت نیمه پایدار برسد آسیاب میگردند بعد از اینكه آسیاب شدند مخلوط حاصله متراکم میگردد و سپس تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد تا به ریز ساختار و خواص مورد نظر برسد. در این روش سایز پودرهای مورد استفاده اندازه بحرانی ندارند تنها باید از اندازه گلوله های آسیاب (که معمولا فولادی هستند) کوچکتر باشند. پودرهای استفاده شده می توانند فلزات خالص، آلیاژهای و فازهای دیرگداز باشند.
انتظار می رود در این پژوهش با افزودن گرافن به مس، این كار منجر به افزایش خواص مكانیكی از جمله استحكام و سختی مس گشته و نیز باعث كاهش وزن و افزایش استحکام ویژه این نانو كامپوزیت گردد. با توجه به منابع موجود در زمینه نانو کامپوزیت های زمینه فلزی تقویت شده با گرافن، در این پژوهش پس از تولید به روش آلیاژسازی مکانیکی به بررسی اثر افزایش درصد فاز تقویت کننده گرافن برروی خواص مکانیکی و به خصوص استحکام فشاری آن پرداخته شده است.
مجموعه پیش رو از چهار فصل تشکیل شده است؛ در فصل اول ابتدا به مقدمه پرداخته شده و در فصل دوم، روش ها، مواد و فرایندهای بکار گرفته شده توسط سایر افراد، مرور و خلاصه ای از منابع مطالعاتی مرتبط با موضوع، عنوان شده است. در فصل سوم، به پژوهش فعلی پرداخته شده است. فصل چهارم نیز به ارائه نتایج حاصل و تحلیل آنها اختصاص داده شده است. در پایان باتوجه به نقاط ضعف و قوت پروژه، پیشنهاداتی برای ادامه یا اصلاح کار و برداشتن گامهای موثر بعدی در تولید نانوکامپوزیت های زمینه مسی تقویت شده با گرافن ارائه شده است.
فصل دوم
مروری بر منابع تحقیقاتی
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
تعداد صفحه :102
قیمت : 14700 تومان
—-
پشتیبانی سایت : * serderehi@gmail.com
در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.
[add_to_cart id=149269]