ELECTRICAL AND THERMAL BEHAVIOR OF ALUMINA-BASED NANOCOMPOSITES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MS_Thesis.pdf Download (5MB) | Preview

Arabic Abstract

الألومينا هي احد مواد السيراميك المثيرة للاهتمام بسبب امتلاكها خواص ميكانيكية متميزة عند درجات حرارة مرتفعة و كذك لديها قوة كبيرة الميكانيكية، صلابة عالية، مقاومة عالية للزحف، واستقرار حراري وكيميائي. ومع ذلك، فإن متانة الكسر المنخفضة و انخفاض الموصلية الحرارية والكهربائية للألومينا، هما من القيود الرئيسية للإستفادة من الألومينا في التطبيقات الهيكلية والوظيفية. تم تكريس العديد الجهود لتحسين متانة كسر الألومينا، لكن قليل من الدراسات عنيت بدراسة تأثير إضافة طور ثانوي بحجم النانو من كربيد السيليكون وأنابيب الكربون النانوية (الأنابيب النانوية الكربونية) علي الأداء الكهربائي والحراري للألومنيا. في هذا العمل الحالي، تم تعزيز مادة الألومينا بإضافة 5٪ و10٪ نسبة حجم من جزيئات كربيد السيلكون النانوية بواسطة عملية التلبيد عن طريق شرارة البلازما لإنتاج مركب ألومينا –كربيد السيلكون. في نفس الوقت، تم تعزيز مادة الألومينا بإضافة 1٪ و 2٪ نسبة حجم من أنابيب الكربون النانوية الفعالة متعددة الجدران و ايضا تم استخدام شرارة البلازما لتلبيد المركب في نفس الظروف لإنتاج مركب الألومينا- أنابيب الكربون متعددة الجدران النانوي. تم دراسة التكثيف، الخواص الحرارية، و الخواص الكهربائية للمركب النانوي الجديد و قد وجد أن الكثافة النسبية للمركب تقل مع إضافة طور ثانوي الألومينا، ولكن تزيد مع زيادة درجة حرارة عملية التلبيد. و قد تقرر أيضا أن الخواص الحرارية للألومينا تنخفض مع إضافة جزيئات كربيد السيلكون و جزيئات أنابيب الكربون متعددة الجدران النانوية، على الرغم من أن الخواص الكهربائية تزيد بشكل عالي مع إدراج جسيمات كربيد السيلكون و جزيئات أنابيب الكربون متعددة الجدران النانوية. تم تقييم الخواص الحرارية (الإنتشارية الحرارية، السعة الحرارية النوعية، والموصلية الحرارية) عند درجة حرارة مرتفعة في نطاق درجات الحرارة (25 – 250 درجة مئوية)، و قد تقرر أن قيمة الأنتشارية الحرارية والموصلية الحرارية تنخفض مع قياس درجة الحرارة في حين أن الحرارة النوعية تزيد مع زيادة قياس درجة الحرارة. أكدت البنية المجهرية للمركب الإنخفاض في الخواص الحرارية للمركب مع إزدياد محتوي الطور النانوي.

English Abstract

Alumina is an interesting ceramic material due to its excellent mechanical high temperature strength, high hardness, high creep resistance, thermal and chemical stability. However, its low fracture toughness, low thermal and electrical conductivities are the major limitations of the utilization of alumina for structural and functional applications. Several efforts have been devoted to the improvement of the fracture toughness of alumina but little work have been done on the effect of addition of second nanophase SiC and carbon nanotubes (CNTs) on its electrical and thermal performance. In this current work, alumina was reinforced with 5wt% and 10wt%SiC nanoparticles by spark plasma sintering process to produce Alumina-SiC nanocomposites. At the same time alumina was reinforced with 1wt% and 2wt% functionalized multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) which was also consolidated by SPS at the same conditions to produce alumina-MWCNT nanocomposites. Densifications, thermal and electrical properties of the nanocomposites were studied and the relative density of the nanocomposites was found to decrease with the addition of the nanophase to alumina but increase with SPS temperature. The thermal properties of alumina decreased with the addition of SiC nanoparticles and functionalized MWCNT although, electrical properties of alumina increased tremendously with the inclusion of SiC nanoparticles and MWCNTs. Thermal properties (thermal diffusivity, specific heat capacity and thermal conductivity) at elevated temperature were evaluated in the temperature range (25-250ᵒC) and the value of thermal diffusivity and thermal conductivity decreased with the measuring temperature while that of specific heat capacity increased with the increasing measuring temperature. The microstructure of the nanocomposites confirmed the reduction in the thermal properties of the nanocomposites with the increasing contents of the nanophase.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Al-Aqeeli, N.M.
Committee Members:	Nouari, S. and Laoui, T.
Depositing User:	IBRAHIM MOMOHJIMOH (g201403020)
Date Deposited:	15 Jun 2016 09:43
Last Modified:	31 Dec 2020 07:02
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140037