2009) 3( 22مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد یة والمیكانیكیة لاللومینائبعض الخواص الفیزیافي دراسة تأثیر إضافة المغنسیا إنعام وادي وطن ، شیماء قاسم عبد الحسن ،خالد هالل حربي جامعة بغداد –كلیة التربیة ابن الهیثم –قسم الفیزیاء الخالصة مـــادة مضــافا الیهــا mμ63الــدقائقي الحجـــم يذ) Al2O3-α(االلومینــامن نــوعمــادة المعتــم فــي هــذا البحــث اســـت Mالمغنســیا gO بحجــم دقــائقيmμ63 0.3,%1.(مختلفــة ةبنســب وزنیــ%and0.5%0 (شـــبه وتــم اســتخدام طریقــة الكــبس تلبیـد النمـاذج فـي درجـة حـرارة دقـائق وقـد تـم 5وبـزمن kN50الجاف لتحضیر النماذج بقـوة كـبس o C1500 6 تلبیـدوبـزمن الصــالدة ،مقاومــة (الخــواص المیكانیكیــة وكــذلك)الكثافــة ، االمتصاصــیة ،المســامیة (یــة ئدرســت الخــواص الفیزیا، اتســاع التـي عملــت علــى %0.5 ة بینـت النتــائج ان افضـل نســبة الوكسـید المغنیســیوم مضـافا لاللومینــا هـي نســب وقــد) االنضـغاط یة والمیكانیكیةئالخواص الفیزیا تحسین المقدمة جهـادات المختلفـة اللتحمـل و التـي تتطلـب مقاومـة عالیـة ألجزاءفي ا لمعتعد االلومینا من المواد السیرامیكیة التي تست ــایت وتتمیـــز بالصـــالدة العالیة)1( والتآكــــلالمقاومـــة العالیـــة للبلـــي اطئة،و ال،التوصـــیلیة الحراریـــة وتنـــتج مـــن خامـــات البوكسـ .)2(واسعة التطبیقات تجعلها هللكسر وهذومقاومة عالیة sp(شمعات القدح كهربائیة في وازالالها عمعالنقاوة المختلفة هي است يالهندسیة لاللومینا ذ تاقیطبالت أهمومن ark p lugs ( كمــا األسـالكوفوهـات الـرش الزراعیـة وبكـرات سـحب التسـخین المركــزي أنظمـةومرتكـزات المضـخات المتداولـة فـي الموصـــالت ألشــباه عـــازال ات غالفــلمعاســـت اذ األخیــرةة لمـــدات االلكترونیــة التـــي ازدادت فــي اطبیقـــااللومینـــا فــي الت تدخلــ Implant M(ت مــواد غــرز لمعفـي المجــال الطبــي فقــد اسـت إمــا .روالترانزســتو وحافظـات الــدایود aterials ( فــي الســیما و Hip(مفاصـل الـورك Joit (الجیــدة ةالمیكانیكیـوالمواصــفات األنسـجةالصــناعیة وذلـك بســب التوافـق الجیـد مــع واألسـنان كمیـات مــن إلیهــا والمضـافالنقیـة منهــا أكانـتاء و القطـع ســ دااللومینـا فـي عــد عملي البلــي واالحتكـاك ،وتســتفتصـ السـیماو M( التیتــانیوم مـــع نســبة قلیلــة مـــن المغنســیا دكاربیـــ ماوكســیید التیتــانیوم أ gO( عــدد القطــع الســـیرامیكة هــذه فـــي لمعوتســـت الكیمـاويواسـتقرارها عالیـة تأكـلوالمعادن الصعبة التشغیل وذلك المتالكها درجات انصهار عالیة ومقاومـة ةالعالیالسرعات -Stream(خــاربس الجـااللومینــا كـذلك فــي التطبیقـات المیكانیكیـة والحراریــة مثـل متحســس م لمعوتسـت.وارخـص مـن المــاس tramp Sensars( )3(. لهمـا بالتطبیقـات األفضـلالسـیرامیكیة واالختیـار لألجـزاءالمتطلبـات أهم ددراسة الخواص المیكانیكیة لاللومینا یع إن مسـحوق عمل اسـت ، اذ)2003(عـام ) Dasa( الباحـثقـام بـه فـي هـذا المجـال ما أجریـتفمن ضـمن الدراسـات التـي الهندسـیة، ؤلین و مضافا الیه الكا mμ6-8بین تراوحتوبتوزیع حجمي للدقائق % 65االلومینا بنسبة وزنیة 2009) 3( 22مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد وملبــد بدرجــة % 5بنسـبة o C 1950 ســاعة وقــد تـم الحصــول علــى مكبوسـة ســیرامیكیة بكثافــة مقــدارها 2وبـزمن انضــاج 3 3.46 g/cm ومقاومه انضغاطM p a 1000)4( ، وكما درس الباحثان)Rohl and Berlin ( عام)6200 ( وجـدوا ان الكثافــة تصـل الــى اذ،بالمغنیســیا ةالمعالجـكثافــة ومسـامیة االلومینــا فـيتـاثیر درجــة حـرارة التلبیــد وحجـم الــدقائق gm/cm 3 للنماذج عند درجة حـرارة تلبیـد 2.8 o C gm/cm فـي حـین كانـت الكثافـة 1430، 3 للنمـاذج الملبـدة بدرجـة 3.2 o C1630)5(. ان اضــــافة المغنیســــیا ،اذ امـــا فــــي بحثنـــا هــــذا فقــــد تـــم دراســــة مــــدى تـــاثیر اضــــافة المغنیســـیا الــــى مــــادة االلومینـــا الــى مــادة االلومینــا وتلبیــد بدرجــة%0.5بنســبة o C1500 كانــت الكثافــة ســاعات 6بــزمن انضــاج gm/cm 3 تــم و 2.48 Gpقیمة للصالدة مقدارها اعلى الحصول على a 86 ومقاومة انضغاط مقدارهاM p a21.8. الجانب العملي علیـه عملیــة أجریـتوقـد Bohشــركةالمصـنع مـن %)99.9(وبنقـاوة )α(مـن نــوع)Al2O3(مسـحوق االلومینـا لمعاسـت ثـم تحضــیر ،mμ63 مـن لقطـر أقــ يذ دقـائق غربلـت المـادة المطحونـة للحصــول علـى و الطحـن باسـتخدام طاحونـة الكــرات ـــــافا ــــة مضـ ـــــا النقیــ ـــاذج االلومینـ ـــــهنمـــ ــــید إلیـ ــــادة اوكســ ـــــیوم مــ ـــر المغنسـ ــــب %)99.9(بنقــــــاوة و mμ63بقطـــ ــــوبنســ ةوزنیــ وقــد تــم % 2ال تزیــد عـن رابطـة بنســبة مــادة )ِ◌◌ِ PVA( بــولي فینــال الكحـول مـادة إلیــه وأضـیف) 0.5%,0.3%,0.1%( باسـتخدام دقـائق 5وبـزمن )KN50(تشكیل النماذج بطریقة الكبس شبه الجـاف باسـتخدام المكـبس الهیـدرولیكي وبقـوة كـبس درجــة إلـــىالنمــاذج باســتخدام فــرن كهربـــائي بصــورة تدریجیــة تلبیـــد،تــم cm2قطــر يقالــب ذ o C 1500 6 تلبیـــدوبــزمن باسـتخدام طریقــة ) هریــةالكثافــة الحجمیة،المسـامیة الظاهریة،امتصاصــیة المـاء الظا( یـة ئالقیاســات الفیزیا أجریـت.سـاعات :)6( اآلتیةخمیدس وباستخدام العالقات اإلزاحة الر ρB=(wd /ws-wi) ………………….. [1] A.P%= (ws- wd/ws- wi)*100%....................[2] W.ab %=(WS- WD/WD)*100%................. [3] :اذ ρB :الكثافـة الحجمیـة)( gcm -3 ; :A.P% المسـامیة الظاهریــة( %) : W.ab% ; امتصاصـیة المـاء(%) ،wd: كتلــة ،) gm(كتلة االنموذج وهو مغمور بالماء : gm،wi)(االنموذج جاف ws :كتلة األنموذج رطب)gm . ( باســـتخدام الصــالدة للنمــاذج الملبــدة تقیســ اذ ،االنضــغاطمقاومـــة و بالصــالدة المتمثلــة ةالمیكانیكیــالقیاســات یــت أجر Wilson -Rockwell M-(بجهـاز الصـالدة مـن نـوع ) (Rockwell طریقـة odel B554-t-U.S.A( وبطریقـة القیـاس وتـم تحدیـد قــیم Kg15وحمـل نهـائي مقــداره 3Kgحمـل ابتـدائي مقــداره تـم تســلیط ووباسـتخدام كــرة فوالذیـة )H15T(نـوع . كتروني مرتبط بالجهاز یلاالصالدة مباشرة من عداد تـم تســلیط إذ8cm1.قطــرو cm 0.17 بســمكعلــى نمـاذج بالطریقــة البرازیلیـة للعینــات القرصـیة الفحـص ي إجــر وقـد یقـوم اذ ،التلبیـد ،وقـد اجـري االختبـار باسـتخدام مكـبس هیـدرولیكي بعـد عملیـة لالنضغاط المنتج لمعرفة مقدار تحملالحمل توقـف المؤشـر مقیـاس القــوة أولالـذي یوضــع بـین فكـي المكـبس وتؤخـذ القـراءة للقــوة المسـلطة عنـد األنمـوذجبتسـلیط قـوة علـى ).7(من العالقة للعینات القرصیة االنضغاطمقاومة وتحسب في المكبس المستخدم C.S=2F/πDt……………………….[4] M( مقاومـة االنضـغاط C.S اذ p a( و،Fضـغط مسـلط حصـل عنـده الكسـر للعینـة بوحـدات أعلـى)N(و D قطـر االنمـوذج )mm (،t سمك االنموذج)mm . ( 2009) 3( 22مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد المناقشةو النتائج سـاعات 6و بـزمن تلبیـددرجـة مئویـة 1500بدرجـة الصـالدة لاللومینـا الملبـدة فـيالمغنسـیا إضـافة تأثیر)1(یبین الشكل اضـافة كمیـة مـن اوكسـید الـى ان وهـذا یعـود زیادة صالدة المادة السـیرامیكیة إلىیؤدي زیادة نسبة االضافة إنونالحظ فیه Discontuoues Grain growt(الحبیبـي غیـر المســتمر منـع النمـو یالمغنسـیوم h( زیـادة التقـارب بــین إلـىیـؤدي ممـا 3.83gm/cm(ة كثافة المغنسیا العالی عن الضفالجسم السیرامیكي ل حبیبات المادة وتكوین المسامات المغلقة داخ 3 ()8.( المتصـلة (ات المفتوحـة علـى بعضـهامبسبب تناقص المسا زیادة الكثافة عتزداد مقیم الصالدة إنفیبین )2(الشكل اما سبب إنأي ونمو حبیبات مجاورة مغلقة التي یرافقها ضمور بعض الحبیبات تظهور مساماوبدایة )بشكل قنوات افیما بینه باستخدام ةفوتوغرافیصور ل) 3(الشكل وهذا ما یوضحه ، )9( اإلنضاجعملیة لتقریبا اكتماهو االلومینا مادةارتفاع كثافة ان التركیـب الـدقیق متكـون یالحظاذ ، النقیة والمشوبة بالمغنیسیا وعند نسب وزنیة مختلفة لسطح االلومینابالمجهر الضوئي ة قــمـع وجــود بعـض المنـاطق الغام) المنـاطق الغامقـة (تتخللهـا مســامات )المنـاطق المضـیئة (كثافـة اعلــى يمـن منـاطق ذ تغیـر نسـب االضـافات مـن رغمعلى الـالتركیب الدقیق یبدو متشابها أننسبیا التي تمثل الفجوات أو المسامات المفتوحة كما فـي الحجــم )بنسـبة اكبـر مــن دور المسـامات (الكبیــرة وهـذا ینسـجم مـع كــون االخـتالف فـي الكثافــات یرجـع الـى دور الفجـوات .الكلي زیــادة قـــوة التحمـــل للجســـم إلـــىان نقصــان المســـامیة یـــؤدي ونجـــد المســامیة مـــع الصـــالدة عالقـــة )4(یبــین الشـــكل عالیـة ةمیكانیكیـ ة تكـون ذا مقاومـةمیقلیلـة المسـا فـالمواد)10(خـالل عملیـة التلبیـد طاقـة التكثیـف فيوكذلك تؤثر السیرامیكي یتركـز الجهــد المسـلط علــى إذ ،فیهــا ةالمیكانیكیـســامیة العالیـة التــي تضـعف الخــواص مال وفـالمواد ذ علـى العكــس مـن ذلــك ةالعالقة بـین امتصاصـی)5(ویبین الشكل . )11(اصغر عندما تكون المسامیة عالیة مما یسرع من انهیار العینة مسامات متانــة وصــالدة الجســم الســیرامیكي الرتبــاط المســامیة زیــادة ىإلــإذ یالحــظ انخفــاض مســامیة المــاء تــؤدي ،المـاء والصــالدة . )12(فكلما زادت الكثافة قلت االمتصاصیة بالكثافة قیم مقاومة االنضغاط ویعزى ذلك إلى زیادة معـدل النمـو البلـوري ممـا فيتأثیر نسبة إضافة المغنسیا )6(ویبین الشكل )13(بعض مع یودي إلى زیادة ترابط الحبیبات بعضها )7(إن هذا السلوك انعكس على عالقة الكثافة مع مقاومة االنضغاط وهذا مابینه الشكل انخفـاض كـل مـن المسـامیة وامتصاصـیة المـاء مـع مقاومـة االنضـغاط علـى التـوالي ) 9(و) 8(ویبـین كـل مـن الشـكل را ظمیة وامتصاصیة الماء وهي قیمة مباشرة نالرتباط المسامیة وامتصاصیة الماء بالكثافة فكلما زادت قیم الكثافة قلت المسا ).15,14(االنضغاط للمادة السیرامیكیة ةلكون نسبة اإلضافة العالیة وعملیة التلبید مما أدى إلى زیادة كثاف االستنتاجات النمـــو إزالــةیــة بســبب ئالمواصــفات الفیزیا فــيواضــح تـــأثیرالمغنیســیا بنســب معلومــة لمــادة االلومینــا ذو إضــافة إن المحتـوى العینـات ذا نأتبـین اذ،الذي عمل على تحسین الكثافة وتقلیل المسامیة وامتصاصیة المـاء المستمر الحبیبي غیر اي زیـادة متانـة قیم لكال من الصالدة ومقاومـة االنضـغاط أفضل من ثمو عالیة للكثافة اقیم أعطت من المغنیسیا األعلى تالسیرامیكیة بسبب مسامیة الجسم السیرامیكي التي تعمل بوصفها نقاط ضـعف عنـدما یتعـرض إلـى اجهـاداوتماسك المادة .میكانیكیة خارجیة 2009) 3( 22مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد المصادر 1.Van Valck,L.H(1982)"M aterials for engineering:concepts and App lications "Addison Wesley Pub.com.Inc,U.S.A,PP.3-11. 2.M orrell(1991)"Ceramic in modern engineering "J.Am.Ceram. Soc .74(7) : 1487-1510. 3.DÖrre,E.&Hübner,H.(1984)"Alumina-Processing,Prop erties and App lications'Berlin sp ringer Verlag,PP.1-267. 4.Dasa,s.k.and Ray,A.K.(2003)"Imp act strength and indentation fracture toughness studies on Alumina-based we ar resist ance ceramic"J.Intceram. 46(3)PP.184-187. 5.Rohl,Kuhn B., Berlin K.M cyer(2006)"Porosity of ceramic compsites"Ceramic forum international ch/b er DKG 72(3). 6.Ry an,W(1978)"Prop erties of ceramic raw materials",2 nd edition,Pergamon PressJohn Wiely and sons ،Inc,PP.1-5. 7.Callist er W.D,JR., (2003)."M aterials Science and Engineering An Int roduction" 6 th ed., John Wiely and Sons,Inc., New York, pp .406-407,408-410,413,664,665,661-664. 8.Berry ,K.A. and Harmer, M .P. (1986)"effect of M go solute on microst uructure development in Al203"J.Am.Cerm.So c, 69(2)PP.143-149. 9.Coble,R.L(1961)"Sintering cryst l Solid"J.App ling p hy , 32 (5)PP.793-799. 10.Suzuki,H.and M atsubarg,H. (1999)"M icrost ructural Design of Grain Boundar ies in Alumina Based C eramics"J.Engineering M aterials,CSJ series-Publications of the ceramic society of Jap an.2:453-456. 11.Souza, M .F.de & Ferreira, D.P. ,(1998)J. M aterials Research 1(1):53-58. 12.Jy h, M . T. (1991)"Effect of Powder characterist ics on microst ructure and strength of sintered Alumina"J.ceramic Bulletin 70(7):1167-1172. 13.Dyson,R.D.LandM orrel,R.(1982)"M echanicalTest ingof Engineerin g C eramic at hi gh Temp erature"J.Elsevier App lied Science Itd. 14.M are, A .M . and Krishan, K. C. (1999) “M echanical Beh avior of M aterials”, Prentice- Hall, Inc. 15.Pertti, A. (1996)"M echanical and Phy sical prop erties of engineering alumina ceramics "J.VTT Technical r esearch center of finl and Esp oo,pp .3-25. 2009) 3( 22والتطبیقیة المجلدمجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة شكل (1) یبین قیم الصالدة المیكانیكیة لمسحوق االلومینا والمحتوي على سیا غن نسبة وزنیة مختلفة من الم 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Weight pe rcenta ge(Mgo) % H a rd n e s s (G p a ) a- صورة المجهر الضوئي لاللومینا النقیة b- 0.1ألومینا مضافا إلیها مغنیسا بنسبة% c- 0.3ألومینا مضافا إلیها مغنیسا بنسبة% 2009) 3( 22للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلدمجلة ابن الهیثم ة بصالدة االلومینا المشوبة بالمغنس��یا شكل (2) یوضح عالقة الكثاف 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2.4 2.42 2.44 2.46 2.48 2.5 Bulk de nsity (g/cm3) H a rd n e s s ( G p a ) d- 0.5ألومینا مضافا إلیها مغنیسا بنسبة% ا X 20تكبیر ةكسر بقو یبین صور فوتوغرافیة للمجهر الضوئي لسطح ) 3(شكل لاللومینا النقي والمشوبة بالمغنیسی 2009) 3( 22المجلدمجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة ن�ا بصالدة االلومی ) یبین عالقة المسامیة شكل (4 30 40 50 60 70 80 90 100 33.6 34.2 34.8 35.4 36 36.6 37.2 Porosity% H a rd n e s s (G P a ) ة الظاھریة للماء م�ع الص��الدة المتصاصی ة ا بین عالق شكل (5) ی 30 40 50 60 70 80 90 100 13.5 14 14.5 15 15.5 16 W a rte r Absorption % H a r d n e s s (G p a ) 2009) 3( 22مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد النضغاط ومة ا مقا ینا على یا لاللوم بة اضافة المغنیس شكل (6) یبین تاثیر نس 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 8 8.1 8.2 8.3 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 W e ight P ercent age Mgo% C o m p r e s s iv e S t r e n g h t( M p a ) بة ط لاللومین�ا المش�و تغ�یر الكثاف�ة عل�ى مقاوم�ة االنض�غا یبین عالق�ة شكل (7) 7.7 7.8 7.9 8 8.1 8.2 8.3 2.4 2.42 2.44 2.46 2.48 2.5 Bulk de ns ity (g/c m3) C o m p re s s iv e S tr e n g th (M p a ) IBN AL- HAITHAM J. FO R PURE & APPL. SC I VO L.22 (3) 2009 نض��غاط یة على مقاوم�ة اال بین عالقة تغیر المسام ل (8) ی شك 7.7 7.8 7.9 8 8.1 8.2 8.3 34 34.5 35 35.5 36 36.5 37 Porosity% c o m p re s s iv e s tr n g h t (M p a ) ة اوم اھریة على مق الظ ماء شكل (9) یبین عالقة تغیر امتصاصیة ال غاط االنض 7.7 7.8 7.9 8 8.1 8.2 8.3 13.5 14 14.5 15 15.5 16 Water Absorption % C o m p re s s iv e S tr e n g h t (M p a ) The Study Effect of Addition Magnesia (MgO) on Some Physical and Mechanical Properties for Alumina A.W. Watan ,S. K. Abd-Hassin, K. H . Harrbi Departme nt of Physics , College of Education I bn AL- Haitham, Unive rsity of Baghdad Abstract A reseach is carr ied out by using Alumina material typ e α-Al2O3 which has p artical size 63μm dop ed with different p ercentage weight of M gO (0.1%,0.3%and0.5%) and by using dry p ress method to p rep are the samp les ,A force p ress 50KN used and sintering to 1500 o C with soaking time of 6 hours. The physical prop erties were st udied such as "Bulk density ,Porosity and water absorp tion "also t he mechanical prop erties such as (hardness,compressive strength ), the result shows that the best ratio of maginsa(M gO) added to Alumina (Al2O3)is 0.5%and this worked to improve Physical and mechan ical prop erties .