اصلاح سرامیک‌های کاربردی در صنایع هوافضا توسط محققان کشور

باشگاه نجوم ساري/ پژوهشگران دانشگاه علم و صنعت ايران با همکاري محققان دانشگاه‌هاي EPFL سوئيس و استکهلم سوئد با بهره‌گيري از فناوري نانو، موفق به افزايش چقرمگي شکست بدنه‌هاي سراميکي به ميزان سه برابر شدند. محصول معرفي شده خواص مکانيکي بسيار مطلوبي دارد و در صنايع پيشرفته هوافضا، الکترونيک و مهندسي پزشکي قابل کاربرد خواهد بود. با وجود ويژگي‌هاي منحصر به فرد سراميک‌ها، تردي ذاتي آن‌ها همواره سبب بروز مشکلات فراوان به هنگام کاربرد در صنايع مدرن و سنتي شده است. استحکام کششي بالا، نسبت طول به قطر زياد و ساير خواص شناخته شده‌ي نانولوله‌هاي کربني، محققان را متقاعد به استفاده از اين نانوساختارها، به عنوان عامل تقويت کننده در ساخت ترکيب‌هاي مختلف، جهت رفع معايب سراميک‌ها کرده است. در اين کار تحقيقاتي نيز تلاش شده است به کمک نانولوله‌هاي کربني، عمده‌ترين ضعف سراميک‌ها (تردي و کم بودن چقرمگي شکست) رفع شده و از سوي ديگر خواص دما بالاي بدنه‌هاي زيرکونيايي نيز بهبود يابد. سراميک اصلاح شده به اين روش، از ويژگي‌هاي چندگانه مفيدي نظير خواص حرارتي، خواص الکتريکي و خواص زيست سازگازي مناسب برخوردار است. با توليد بدنه‌هاي سراميکي به کمک روش پيشنهاد شده در اين پژوهش مي‌توان به رفع مشکلات ايمپلنت‌هاي سراميکي و دستگاه‌هاي حرارتي مورد استفاده در صنايع مختلف اميدوار بود. مهديار طاهري، کارشناس ارشد مواد و متالورژي از دانشگاه علم و صنعت ايران و محقق طرح در اين باره اظهار کرد: افزايش چشم‌گير چقرمگي شکست سراميک به دليل تأثير همزمان حضور نانولوله‌هاي کربني در زمينه و افزايش اندازه ذرات زمينه زيرکونيايي پايدار بوده است. اين نانولوله‌ها در کسر حجمي بالا و در يک محيط خشک نيز پراکندگي مناسبي در ماتريس زيرکونيا دارند. بهبود خواص دما بالاي اين ترکيب و نيز پخت مناسب بدنه‌ها از ديگر نتايج مهم به دست آمده به شمار مي‌رود. طاهري در مورد مراحل انجام اين کار گفت: در ابتدا نانولوله‌هاي کربني به کمک مخلوط کن توربيولا (Turbula) در زمينه سراميکي پراکنده شد و به کمک روش نوين پلاسماي جرقه‌اي (SPS) پخت نمونه‌ها انجام گرفت. سپس نمونه‌هاي توليد شده به کمک دستگاه SEM و TEM مشخصه‌يابي شدند. در نهايت پس از پخت در دماهاي مختلف، خواص مکانيکي در دماي محيط (تعيين چقرمگي شکست به روش مخروط فرورونده) و نيز دماي بالا (به کمک روش طيف سنجي مکانيکي) مورد ارزيابي قرار گرفت. محقق طرح تصريح کرد: سازوکار افزايش چقرمگي شکست در حضور نانولوله‌هاي کربني را مي‌توان پل زدن نانولوله‌ها بر روي دهانه ترک و ممانعت از رشد ترک، بيرون کشيده شدن نانولوله از زمينه (عاملي بر مصرف انرژي ترک) و انحراف ترک (افزايش مسير ترک و در نهايت افزايش چقرمگي) معنا کرد. نتايج اين کار تحقيقاتي که حاصل همکاري مهندس طاهري، دکتر گلستاني‌فرد، دکتر رضايي از اعضاي هيأت علمي دانشگاه علم و صنعت ايران و همچنين دکتر مظاهري از دانشگاه استکهلم سوئد و دکتر شالر از دانشگاه EPFL سوئيس است، در مجله‌ي Ceramics International منتشر شده است.