دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی مواد

گرایش : شناسایی و انتخاب مواد مهندسی

عنوان : اثر گرافن بر خواص فشاری نانوکامپوزیت مس-گرافن

دانشگاه آزاد اسلامي

واحد ساوه

دانشكده فنی و مهندسی-گروه مواد

پايان‌نامه براي دريافت درجه كارشناسي‌ارشد “M.Sc”

در رشته مهندسي 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

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(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 است)

فهرست مطالب:

چکیده………………………………… 1

فصل اول : کلیات پژوهش

1-1- مقدمه……………………………….. 3

فصل دوم : مروری بر منابع تحقیقاتی

2-1- مشخصات مس……………………………….. 6

2-2- پنج روش اساسي براي توليد پودر مس وجود دارد كه عبارتند از…… 7

2-2-1- رسوب الكتروليتي پودر مس…………………………………. 7

2-2-2- احياي گازي اكسيد مس…………………………………. 8

2-2-3- اتميزه كردن………………………………… 9

2-2-4- رسوب پودر مس از محلول سولفات مس با آهن…………… 10

2-3- تاريخچه گرافن………………………………… 10

2-4- معرفی گرافن………………………………… 11

2-5- روند تحقیقات انجام شده برروی گرافن……………………….. 13

2-6- خواص گرافن………………………………… 14

2-6-1- چگالی………………………………… 14

2-6-2- رسانایی گرمایی………………………………… 14

2-6-3- رسانایی الکتریکی………………………………… 14

2-6-4- مساحت سطحي ويژه……………………………….. 14

2-6-5- مقاومت مکانیکی………………………………… 14

2-6-6- مدول يانگ………………………………….. 15

2-6-7- مقامت در برابر شكست…………………………………. 15

2-7- كاربرد هاي گرافن………………………………… 15

2-8- روش های تولید گرافن………………………………… 16

2-8-1- روش‌ پوسته پوسته کردن میکرومکانیکی………………………… 18

2-8-2- روش رشد همبافته……………………………….. 19

2-8-3- روش رسوب نشانی بخار شیمیایی (CVD)……………………… 20

2-8-4- روش تهیه گرافن از اکسید گرافیت………………………………. 21

2-9- نانوكامپوزيت ها……………………………….. 22

2-10- آلياژسازي مكانيكي………………………………… 22

2-11- انواع فرايند هاي آلياژسازي مكانيكي………………………. 23

2-11-1- آسياب كاري مکانیکی (سايش مكانيكي)………………… 23

2-11-2- آسياب كاري واكنشي (مكانوشيميايي)……………………… 23

2-11-3- آسياب كاري تبريدي………………………………… 23

2-12- انواع آسياب هاي مورد استفاده در آلياژسازي مكانيكي………… 24

2-12-1-آسياب گلوله اي سياره اي………………………………… 24

2-21-2- آسياب هاي گلوله اي ارتعاشي………………………………… 24

2-12-3- آسياب هاي گلوله اي غلتشي………………………………… 25

2-12-4- آسياب هاي گلوله اي شافتي………………………………… 26

2-12-5- آسياب هاي گلوله اي  مغناطيسي………………………………… 26

2-13- برخي از مهمترين كاربردهای روش آلیاژسازی مکانیکی…………. 27

2-14- متغييرهاي فرآيند روش آلیاژسازی مکانیکی………………. 27

2-14-1- نوع آسیاب…………………………………. 27

2-14-2- زمان آسياب كاري………………………………… 28

2-14-3-  نسبت وزنی گلوله به پودر……………………………….. 28

2-14-4- ميزان پر شدن محفظه آسياب………………………….. 28

2-14-5- اتمسفر درون محفظه آسياب…………………………………. 29

2-14-6- درجه حرارت…………………………………. 29

2-14-7- جنس، اندازه و توزيع اندازه گلوله هاي آسياب…………… 29

2-15- مباني فرآيند آلياژسازي مكانيكي………………………………… 30

2-15-1- مخلوط شدن ذرات پودر مواد اوليه…………………………. 31

2-15-2- افزايش قابل ملاحظه نواقص كريستالي…………………. 31

2-15-3- انتقال جرم بين ذرات پودر………………………………… 33

2-16- تحقیقات انجام شده بر کامپوزیت های تقویت شده با گرافن…… 33

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)

3-1- مواد اولیه……………………………….. 39

3-2- طراحی آزمون به روش تاگوچی………………………………… 39

3-3- آلیاژسازی و آسیاب کاری مکانیکی………………………………… 41

3-3-1- دستگاه آسیاب…………………………………. 41

3-3-2- مراحل آلیاژسازی مکانیکی………………………………… 41

3-3-3- قالب…………………………………. 42

3-4- آزمایش بررسی و ارزیابی فازی ذرات پودری توسط پراش اشعهX……..

3-4-1- محاسبه اندازه دانه و کرنش شبکه……………………………….. 43

3-5- دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی………………………………… 44

3-6- دستگاه طیف سنجی رامان……………………………….. 44

3-7- آزمایش اندازه گیری چگالی و درصد تخلخل…………………………. 44

3-8- سختی سنجی………………………………… 45

3-9- آزمایش استحکام فشاری………………………………… 46

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

4-3- طیف سنجی رامان………………………………… 56

4-4- بررسی چگالی نمونه ها……………………………….. 57

4-5- بررسی نتایج سختی سنجی………………………………… 60

4-6- بررسی نتایج استحکام فشاری………………………………… 63

4-7- بررسی سطح شکست نمونه ها توسط………………………………… 66

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 بررسی نتایج سختی………………………………… 72

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- بررسی نتایج چگالی………………………………… 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

5-1- نتیجه گیری………………………………… 80

5-2- پیشنهادها……………………………….. 82

فهرست منابع

منابع………………………………… 84

چکیده:

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 اي براي افزايش استحكام، سختی، هدايت الكتريكي و نيز هدايت حرارتي در نانو كامپوزيت هاي مس استفاده مي شود. در این پژوهش از گرافن بعنوان فاز تقویت کننده در نانو کامپوزیت مس/گرافن جهت بهبود خواص مکانیکی استفاده شده است.

در اين پروژه براي تهيه نانو کامپوزيت مس/گرافن از روش آلياژسازي مكانيكي استفاده شده است که متغييرهاي موجود در اين پروژه شامل درصد گرافن، زمان آسياب كاري، دمای زينتر و فشار پرس مي باشد كه براي جلوگيري از انجام آزمون‏هاي تکراري از طراحي آزمون به روش تاگوچي استفاده شد تا تعداد آزمون‏هاي لازم براي رسيدن به جواب بهينه 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.

فصل اول: کلیات پژوهش

1-1- مقدمه

كربن در طبيعت ساختارهاي مختلفي دارد؛ الماس و گرافيت از ساختار هاي معروف آن هستند، در الماس هر اتم كربن با چهار اتم ديگر پيوند برقرار كرده است و اين ماده بعنوان سخت ترين ماده جهان شناخته شده است. در گرافيت اتم هاي كربن در لايه هاي مجزايي با هم پيوند برقرار كرده­­اند. اين لايه هاي روي هم قرار گرفته و با پيوند ضعيفي به هم متصل شده­اند كه هر كدام از لايه­ هاي موجود درگرافيت را گرافن[1] مي­نامند.[1]

در گرافیت (یکی از آلوتروپ هاي کربن)، هر کدام از اتم‌هاي چهارظرفیتی کربن، با سه پیوند کووالانسی به سه اتم کربن دیگر متصل شده‌اند و یک شبکه گسترده را تشکیل داده‌اند. این لایه خود بر روي 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 يك 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 ماده­اي براي افزايش استحكام ، هدايت الكتريكي و نيز هدايت حرارتي در نانو كامپوزيت هاي مس استفاده مي­شود. در تحقيقاتي كه بر روي نانو كامپوزيت مس-گرافن  انجام شده است نشان مي­دهد كه گرافن باعث افزايش هدايت حرارتي مس شده است.[4]

كامپوزيت هاي پايه مس تقويت شده با گرافن به سبب هدايت الكتريكي و گرمايي مناسب و استحكام در دماي بالا، ماده مناسب براي كنتاكت هاي الكتريكي مي­باشد.

روش متداول تهيه اين كامپوزيت ها، آلياژسازي مكانيكي[2] مي باشد، روش آلياژسازي مكانيكي به دليل سادگي، تجهيزات به نسبت ارزان و قابليت حجم توليد بالا مورد توجه خاص است. آلیاژسازی مکانیکی یک فرآیند 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 اينكه 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 مي رود در اين پژوهش با افزودن گرافن به مس، اين كار منجر به افزايش خواص مكانيكي از جمله استحكام و سختي مس گشته و نيز باعث كاهش وزن و افزايش استحکام ویژه اين نانو كامپوزيت 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 فرآیندهای 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

1-2- مشخصات مس:

مس[1] يكي از فلزات مهم مهندسي است زيرا در شرايط غيرآلياژي و همچنين به صورت آلياژ با فلزات ديگر كاربرد وسيعي دارد. در شرايط غيرآلياژي، اين فلز تركيب خارق العاده اي از خواص دارد كه آن را بصورت ماده اي اساسي در صنايع الكتريكي در مي آورد. بعضي از اين خواص عبارتند از هدايت الكتريكي زياد، هدايت حرارتي، مقاومت به خوردگي، سادگي ساخت، تنش تسليم معقول و خواص تابكاري قابل كنترل مي باشد.

مس با جرم اتمي54/63 ،قطر اتمي 5511/2 ، قطر يوني 06/1 آنگستروم و ثابت كريستالي اين عنصر6080/3 آنگستروم بدون هيچگونه تغييرات آلوتروپيكي در 1083 درجه سانتيگراد در ساختمان FCC[2] از مذاب متبلور مي شود.[5؛6] پودر مس مصرفي از نوع     دانه اي و با قابليت رواني خوب و چگالي ظاهري حدود gr/  5/2 تا 2/3 مي باشد.

1-Copper

[2]– Face center cubic

1- Graphene

1 – Mechanical Alloying

تعداد صفحه : 103

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       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.

***  *** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :