ساخت ومشخصه یابی کامپوزیت زیرکونیا –آلومینای تقویت شده با گرافیت
الموضوعات : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی
1 - دانشگاه آزاد اهواز
2 - Department of materials Science and engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
الکلمات المفتاحية: زیرکونیا- آلومینا, گرافیت, سختی, چقرمگی شکست, سایش.,
ملخص المقالة :
هدف از این پژوهش، بررسی تاثیر افزودن گرافیت بر خواص مکانیکی کامپوزیت زیرکونیا-آلومینا است. به این منظور مقادیر 2، 4 و 6 درصد حجمی گرافیت به کامپوزیت زیرکونیا-آلومینا افزوده شد و پودرهای حاصله به روش پلاسمای جرقه‌ای تفجوشی گردیدند. ریزساختار نمونه‌ها با میکروسکوپ الکترونی روبشی، چگالی نسبی و سختی به ترتیب با روش‌های ارشمیدس و راکول مورد ارزیابی قرار گرفت. چگالی نسبی نمونه زیرکونیا-آلومینا خالص 5/98 درصد بود که با افزودن 4 درصد حجمی گرافیت، این مقدار 1 درصد افزایش یافته و به 5/99 درصد رسید؛ اما با افزایش میزان گرافیت و رسیدن به 6 درصد حجمی، به دلیل سبک بودن گرافیت چگالی نسبی کاهش یافت و به 5/97 درصد رسید. نتایج سختی سنجی نشان داد که سختی این کامپوزیت‌ها با افزودن 2 و 4 درصد حجمی گرافیت افزایش یافته و از 6/45 راکولسی به 7/57 راکولسی رسیده است. اما با افزودن 6 درصد حجمی گرافیت، سختی کامپوزیت زیرکونیا-آلومینا-گرافیت اندکی کاهش پیدا کرد و از 7/57 راکولسی به 6/54 راکول رسید. به کمک اندازه‌گیری طول ترک‌های ایجاد شده در آزمون سختی، چقرمگی شکست محاسبه گردید. در کامپوزیت‌های زیرکونیا-آلومینا حاوی 4 و 6 درصد حجمی گرافیت، چقرمگی شکست افزایش یافت. حضور گرافیت نرم در زمینه، ضریب اصطکاک را کاهش داد و سبب بهبود مقاومت به سایش کامپوزیت‌ها گردید.
[1] Yang, C.C.T., Wei,W.C.J., (2000). Effects of material properties and testing parameters on wear properties of fine-grain zirconia (TZP), Wear, 242, pp 97–104.
[2] Lin, J., Huang, Y., Zhang, H., (2015). Damage resistance, R-curve behavior and toughening mechanisms of ZrB2-based composites with SiC whiskers and ZrO2 fibers, Ceram. Int, 41, pp 2690–2698.
[3] Liu, J., Yan, H.X., Reece, M.J., Jiang, K., (2012). Toughening of zirconia/alumina composites by the addition graphene platelets, Journal of the European Ceramic Society, 32(16), pp 4185–4193.
[4] Parchovianský, M., Balko, J., Švančárek, P., Sedláček, J., Dusza, J., Lofaj, F., Galusek, D., (2017). Mechanical properties and sliding wear behaviour of Al2O3-SiC nanocomposites with 3-20 vol% SiC, Journal of the European Ceramic Society, 37(14), pp 4297–4306.
[5] Zhang, F., Vanmeensel, K., Inokoshi, M., Batuk, M., Hadermann, J., (2015). Critical influence of alumina content on the low temperature degradation of 2-3 mol% yttria-stabilized TZP for dental restorations, Journal of the European Ceramic Society, 35(2), pp 741–750.
[6] Liu, X., Liu, H., Huang, C., Wang,L., Zou, B., Zhao, B., (2016). Synergistically toughening effect of SiC whiskers and nanoparticles in Al2O3-based composite ceramic cutting tool material, Chinese Journal of Mechanical Engineering, 29, pp 977–982.
[7] Yazdani, B., Xia,Y., Ahmad, I., Zhu,Y., (2015). Graphene and carbon nanotube (GNT)-reinforced alumina nanocomposites, Journal of the European Ceramic Society, 35(1) pp 179–186.
[8] Munozferreiro, C., Moralesrodriguez, A., Rojas, T.C., Jimenezpique, E., Lopezpernia, C., Poyato, R., Gallardolopez, A., (2019). Microstructure, interfaces and properties of 3YTZP ceramic composites with 10 and 20 vol% different graphene-based nanostructures as fillers, Journal of Alloys and Compounds, 777, pp 213–224.
[9] Claussen, N., Weisskopf, K.L., Rühle, M., (1986). Tetragonal zirconia polycrystals reinforced with SiC whiskers, Journal of the American Ceramic Society, 69(3), pp 288–292.
[10] Casellas, D., Feder, A., Llanes, L., Anglada, M., (2001). Fracture toughness and mechanical strength of Y-TZP/PSZ ceramics, Scripta Mater, 45(2), pp 213–220.
[11] Li, S., Wei, C., Wang, P., Gao, P., Zhou, L., Wen, G., (2020). Fabrication of ZrO2 whisker modified ZrO2 ceramics by oscillatory pressure sintering. Ceramics International, 46(11), pp 17684-17690.
[12] Li, S., Wei, C., Zhou, L., Wang, P., Wang, W., (2019). Microstructure and fracture strength of silicon nitride ceramics consolidated by oscillatory pressure sintering. Ceramics International, 45(12), pp 15671-15675.
[13] Han, Y., Li, S., Zhu, T., Wu, W., An, D., Xie, Z., (2018). Enhanced properties of pure alumina ceramics by oscillatory pressure sintering. Ceramics International, 44(5), pp 5238-5241.
[14] Zhu, T., Xie, Z., Han, Y., Li, S., An, D., Luo, X., (2017). Improved mechanical properties of Al2O3-25 vol% SiCw composites prepared by oscillatory pressure sintering. Ceramics International, 43(17), pp15437-15441.
[15] Li, S., Luo, X., Zhao, L., Wei, C., Gao, P., Wang, P., (2020). Crack tolerant silicon carbide ceramics prepared by liquid-phase assisted oscillatory pressure sintering. Ceramics International, 46(11), pp 18965-18969.
[16] Zhu, T., Zhang, J., An, D., Xie, Z., Li, Y., Sang, S., Dai, J., (2020). Oscillatory pressure sintering: A new method for preparing WC-Co cemented carbides. Journal of Alloys and Compounds, 816, p 152521.
[17] Stanley, L. R., Elizabeth, J. O., Michael, C. H., James, D. K., Mrityunjay, S., Jonathan, A. S., (2002). Evaluation of ultra-high temperature ceramics for aero propulsion use, Journal of the European Ceramic Society.
