2-1- مشخصات مس……………………………….. 6

2-2- پنج روش اساسی برای تولید پودر مس وجود دارد که عبارتند از…… 7

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

2-2-2- احیای گازی اکسید مس…………………………………. 8

2-2-3- اتمیزه کردن………………………………… 9

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

2-3- تاریخچه 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 سطحی ویژه……………………………….. 14

2-6-5- مقاومت مکانیکی………………………………… 14

2-6-6- مدول یانگ………………………………….. 15

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

2-7- کاربرد های 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- نانوکامپوزیت ها……………………………….. 22

2-10- آلیاژسازی مکانیکی………………………………… 22

2-11- انواع فرایند های آلیاژسازی مکانیکی………………………. 23

2-11-1- آسیاب کاری مکانیکی (سایش مکانیکی)………………… 23

2-11-2- آسیاب کاری واکنشی (مکانوشیمیایی)……………………… 23

2-11-3- آسیاب کاری تبریدی………………………………… 23

2-12- انواع آسیاب های مورد استفاده در آلیاژسازی مکانیکی………… 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 کاربردهای روش آلیاژسازی مکانیکی…………. 27

2-14- متغییرهای فرآیند روش آلیاژسازی مکانیکی………………. 27

2-14-1- نوع آسیاب…………………………………. 27

2-14-2- زمان آسیاب کاری………………………………… 28

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

2-14-6- درجه حرارت…………………………………. 29

2-14-7- جنس، اندازه و توزیع اندازه گلوله های آسیاب…………… 29

2-15- مبانی فرآیند آلیاژسازی مکانیکی………………………………… 30

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

2-15-2- افزایش قابل ملاحظه نواقص کریستالی…………………. 31

2-15-3- انتقال جرم بین 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 ای برای افزایش استحکام، سختی، هدایت الکتریکی و نیز هدایت حرارتی در نانو کامپوزیت 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 مکانیکی استفاده شده است که متغییرهای موجود در این پروژه شامل درصد گرافن، زمان آسیاب کاری، دمای زینتر و فشار پرس می باشد که 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.

فصل اول: کلیات پژوهش

1-1- مقدمه

کربن در طبیعت ساختارهای مختلفی دارد؛ الماس و گرافیت از ساختار های معروف آن هستند، در الماس هر اتم کربن با چهار اتم دیگر پیوند برقرار کرده است و این ماده بعنوان سخت ترین ماده جهان شناخته شده است. در گرافیت اتم های کربن در لایه های مجزایی با هم پیوند برقرار کرده­­اند. این لایه های روی هم قرار گرفته و با پیوند ضعیفی به هم متصل شده­اند که هر کدام 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