معرفی سراميک های فاز مكس
معرفی سراميک های فاز مكس
اکبر حيدرپور*، احمد عباسی**
*دانشيار دانشگاه صنعتی همدان
**مدیر عامل فرآورده هاي زرین نسوز سپاهان
چكيده
فازهای مکس در واقع کاربیدها و نیتریدهای فلزات انتقالی با ساختار لایه ای هستند. کاربیدها و نیتریدهای سه تایی با ساختار لایه ای بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. این مواد مستحکم، سبک، با قابلیت ماشینکاری، ساخته شده از مواد اولیه ارزان قیمت، مقاوم به اکسیداسیون و شوک های حرارتی و همینطور قادر به حفظ استحکام در دماهای بالای 1300درجه سانتیگراد هستند. این ترکیبات دسته جدیدی از مواد را تشکیل می دهند که انقلابی را در مواد نو بنیاد ایجاد کرده اند. مهمترین ویژگی که موجب متمایز شدن این ترکیبات از سایر کاربیدهای سنتی میشود، دارا بودن همزمان مجموعه ای از خواص فلزات و سرامیک ها میباشد. در این مقاله به معرفی این دسته از مواد پرداخته شده است.
مقدمه
فازهای MAXیا Mn+1AXnدر واقع کاربیدها و نیتریدهای فلزات انتقالی هستند که ساختار هگزاگونال و لایه ای دارند[2,3]. در فرمول شیمیایی مقادیر n میتواند 1 ،2 و یا 3باشد. عنصر M یک فلز انتقالی اولیه، عنصر A یک عنصر از گروه ( A اغلب گروه 13یا ) 14 و عنصر X کربن یا نیتروژن است. در هر مقدار n لایه های تقریبا متراکم M با عناصر گروه A احاطه شده اند و اتم های X مکان های هشت وجهی اجزای تشکیل دهنده را اشغال میکنند.
در ساختار M2AX یا به اختصار فازهای 211 ، دو لایه و در ساختار M3AX2 یا به اختصار 312 سه لایه و در ساختار M4AX3 یا به اختصار 413 چهار لایه موجود است. این لایهها برای درک خواص کلی فازهای MAX و خصوصاً خواص مکانیکی آنها حیاتی است. در حال حاضر تعداد فازهای MAX شناخته شده با احتساب ساختارهای جدید خصوصاً 413و محلولهای جامد آن ، بیش از 60مورد است (شکل )1و کشف ساختارهای جدید از این خانواده همچنان ادامه دارد.
فازهای MAX از نظر حرارتی، الاستیکی و الکتریکی نسبت به کاربیدها و نیتریدهای دو جزئی (MX) مزیتهای قابل توجهی دارند: این فازها از نظر الاستیکی سفت بوده و رسانای حرارت و الکتریسیته هستند. با این حال از نظر مکانیکی این فازها خیلی متفاوت هستند: این مواد به آسانی قابل ماشینکاری هستند و حتی با یک اره آهن بر دستی بریده میشوند. همچنین این مواد به طور نسبی نرم بوده و در برابر شوک حرارتی مقاوم هستند و به طور غیر معمولی ضربه پذیر هستند. این دسته از مواد تنها جامدات چند بلوری هستند که همزمان با مکانیزم های پیچشی و تشکیل باند برشی و نیز تورق دانه های تکی، تغییر شکل مییابند. نابجایی ها در دمای محیط تکثیر شده و متحرک هستند و مخصوصاً در صفحات قاعده می لغزند. نابجایی ها به خوبی هم به صورت آرایه ها و هم به صورت مرزهای پیچشی مرتب می شوند. این مواد قابلیت ماشینکاری و خواص مکانیکی عالی مخصوصاً در دمای بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد را همزمان با هم دارند. برخی از این مواد نظیر Ti3SiC2و Ti4AlN3 ناهمسانگردی مکانیکی را با خواص حرارتی همسانگرد به طرز شگفتآوری با هم دارند. این ترکیب غیرمعمول از خواص، به ساختار لایه ای آنها مرتبط است. پیوندهای موجود در این مواد پیوندهای فلزی با سهمی از پیوندهای یونی و اشتراکی است. پیوند M-X به طور قابل توجهی قوی بوده در حالیکه پیوند M-A مخصوصاً در حالت برش نسبتاً ضعیف است.
کاربردها
برخی از کاربردهای این مواد می توان به جایگزین گرافیت در دماهای بالا، المنت های حرارتی و نازل های مشعله ای کوره اشاره کرد که در شکل 3 تصویر نازل مشعل فولادی و نازل ساخته شده از Ti2AlCرا نشان می دهد.
مراجع
M.W. Barsoum, The M(n+1)AXn Phases: A new Class of Solid; Thermodynamically Stable
Nanolaminates, Prog. Solid State Chem. 28 (2000) 201–281
