بررسی تاثیر اندازه ذرات پودر بر ریزساختار، خواص مکانیکی و هدایت الکتریکی سرامیک های سدیم بتا آلومینا

کنترل ریزساختار الکترولیت سدیم بتا آلومینا، مورد استفاده در ساخت باتری‌های سدیم سولفور، برای دست‌یابی به خواص مکانیکی و هدایت یونی مناسب اهمیت زیادی دارد. در این تحقیق تاثیر اندازه ذرات پودر سدیم بتا آلومینا بر ریز ساختار نهایی و خواص این سرامیک بررسی شده است. برای این منظور پودر سدیم بتا آلومینا سنتز شده به روش حالت جامد، برای مدت زمان‌های متفاوت 30 دقیقه، 2، 6 و 10 ساعت تحت آسیا سایشی قرار گرفت. نتایج نشان داد که زمان آسیا تاثیر بسزایی بر تغییر اندازه ذرات اولیه پودر و در نتیجه بر رفتار چگالش، ریزساختار و نهایتاً بر استحکام شکست و هدایت یونی الکترولیت سدیم بتا آلومینا خواهد داشت. با افزایش زمان آسیاکاری از 30 دقیقه به 6 ساعت و کاهش متوسط اندازه ذرات پودر از حدود 2 به 7/0 میکرومتر، رفتار چگالش پودر حاصل به دلیل افزایش نیروی محرکه تف‌جوشی بهبود یافت و منجر به افزایش استحکام شکست و هدایت یونی در دماهای بالا به ترتیب تا حدود 65 و 100 درصد گردید. با افزایش زمان آسیاکاری به 10 ساعت، به دلیل ایجاد ریزساختار غیریکنواخت، افت در خواص مکانیکی و الکتریکی سرامیک سدیم بتا آلومینا مشاهده شد. نتایج این مطالعه همچنین نشان داد که می‌توان رابطه‌ای خطی بین استحکام شکست و دانسیته نمونه‌های تولیدی برقرار نمود.

Investigating the effect of particle size on microstructure, mechanical properties and electrical conductivity of sodium betaalumina ceramics

The microstructure control of sodium betaalumina electrolyte used in the manufacture of sodium sulfur batteries is important for obtaining appropriate mechanical and ionic conductivity properties. In this research, the effect of particle size of sodium betaalumina powder on the final microstructure and properties of this ceramic has been investigated. For this purpose, solidstatesynthesized sodium betaalumina powder was milled by attrition milling for 30 min, 2, 6, and 10 hours. The results showed that the milling time had a significant effect on the powder particle size and consequently on the condensation behavior, microstructure, and finally on the fracture strength and ionic conductivity of sodium betaalumina electrolyte. By increasing the milling time from 30 minutes to 6 hours and reducing the average particle size of the powder from about 2 to 0.7 microns, the resulting powder condensation behavior improved due to increased sintering diving force, resulting in increased fracture strength and ionic conductivity of up to 65% and 100%, at high temperatures. With increasing the milling time to 10 hours, due to the development of nonuniform microstructure, a decrease in the mechanical and electrical properties of sodium betaalumina ceramic was observed. The results of this study also showed a linear relationship between the fracture strength and the density of the samples can be established.