Influence of ZrC Addition on the Physical, Mechanical Properties, and Crack Growth Behavior of ZrB2-SiCn/SiCm-Si3N4 Hybrid Composite Fabricated Through Pressureless Sintering Process
Subject Areas :Mohammad Sarhangian 1 , Mehri Mashhadi 2
1 - PhD Student, Malek Ashtar University of Technology, Faculty of Materials & Manufacturing Technologies, Tehran, Iran.
2 - AssosiateProfessor, Malek Ashtar University of Technology, Faculty of Materials & Manufacturing Technologies, Tehran, Iran
Keywords: Ultra-High Temperature Ceramics ZrB2 Pressureless Sinter ZrC.,
Abstract :
Attention to ultrahigh temperature ceramics has increased significantly due to the advancements in 21st century technologies and efforts to develop reusable thermal protection systems and other compounds required for future generations of hypersonic aerospace vehicles. In this research, the addition of zirconium carbide (ZrC) as a reinforcement in volumes ranging from 5 to 40% was investigated for its impact on the mechanical properties and crack growth behavior of ZrB2-SiCn/m composites) with 3% silicon nitride (Si3N4) by volume) The results indicate that volumetric shrinkage decreases with increasing ZrC content. The highest relative density increase was observed in the ZrB2-SiCn/m-30%ZrC sample, with a percentage increase of 97.04%. Since cracks cannot pass through the ZrC particles, these particles increase the toughness by altering the crack path and bridging the crack. Moreover, the sample containing 30% volume fraction of ZrC exhibited the highest fracture toughness (4.26 MPa.m1/2) and hardness (16.3 GPa).
[1] S. V. Ushakov & A. Navrotsky, "Experimental approaches to the thermodynamics of ceramics above 1500 C", Journal of the American Ceramic Society, vol. 95, no. 5, pp. 1463–1482, 2012.
[2] Z. Wu, X. Liang, Z. Shao, H. Chen, J. Li & J. Wang, "Highly porous multicomponent (Hf1/3Ta1/3Nb1/3) C ultra-high temperature ceramic with low thermal conductivity", Materialia, vol. 18, p. 101158, 2021.
[3] E. Zhang, W. Zhang, T. Lv, J. Li, J. Dai, F. Zhang, Y. Zhao, J. Yang, W. Li & H. Zhang, "Insulating and robust ceramic nanorod aerogels with high-temperature resistance over 1400° C", ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 13, no. 17, pp. 20548–20558, 2021.
[4] D. Ni, Y. Cheng, J. Zhang, J. X. Liu, J. Zou, B. Chen, H. Wu, H. Li, S. Dong & J. Han, "Advances in ultra-high temperature ceramics, composites, and coatings", Journal of Advanced Ceramics, vol. 11, pp. 1–56, 2022.
[5] B. C. Wyatt, S. K. Nemani, G. E. Hilmas, E. J. Opila & B. Anasori, "Ultra-high temperature ceramics for extreme environments", Nature Reviews Materials, pp. 1–17, 2023.
[6] A. Nisar R. Hassan, A. Agarwal & K. Balani, "Ultra-high temperature ceramics: Aspiration to overcome challenges in thermal protection systems", Ceramics International, vol. 48, no. 7, pp. 8852–8881, 2022.
[7] M. Kheyrollazadeh, Z. Balak, M. Azizieh & M. S. Asl, "Effect of TaC and graphene nanoplatelets on the microstructure and mechanical properties of ZrB2", Diamond and Related Materials, vol. 139, p. 110345, 2023.
[8] D. Hu, Q. Fu, L. Zhou, X. Li & B. Liu, "Effects of air plasma flame on the ZrB2-based UHTC coatings: Microstructure, phase evolution and ablation resistance", Journal of Materials Science & Technology, vol. 158, pp. 194–206, 2023.
[9] M. Zhang, G. Yang, L. Zhang, Y. Zhang, J. Yin, X. Ma, J. Wen, L. Dai, X. Wang & H. Chen, "Application of ZrB2 thin film as a low emissivity film at high temperature", Applied Surface Science, vol. 527, p. 146763, 2020.
[10] B. Kumar & P. Kumar, "Preparation of hybrid reinforced aluminium metal matrix composite by using ZrB2: A systematic review", Materials Today: Proceedings, vol. 61, pp. 115–120, 2022.
[11] J. A. Yeom, Y. W. Kim, W. K. Jung, D. I. Cheong & E. S. Kang "Pressureless sintering of SiC ceramics with improved specific stiffness", Journal of the European Ceramic Society, vol. 43, no. 9, pp. 3941–3949, 2023.
[12] W. Huang, J. Zhou, C. Ren, F. Zhang, J. Tang, M. Omran & G. Chen, "Sintering behaviour and properties of zirconia ceramics prepared by pressureless sintering", Ceramics International, vol. 49, no. 16, pp. 27192–27200, 2023.
[13] X. Li, L. Zhang, Y. Dong, M. Qin, Z. Wei, Z. Que, J. Yang, X. Qu & J. Li, "Towards pressureless sintering of nanocrystalline tungsten", Acta Materialia, vol. 220, p. 117344, 2021.
[14] A. Snyder, D. Quach, J. R. Groza, T. Fisher, S. Hodson & L. A. Stanciu, "Spark Plasma Sintering of ZrB2–SiC–ZrC ultra-high temperature ceramics at 1800 C", Materials Science and Engineering: A, vol. 528, no. 18, pp. 6079–6082, 2011.
[15] T. G. Aguirre, C. L. Cramer, E. Cakmak, M. J. Lance & R. A. Lowden, "Processing and microstructure of ZrB2–SiC composite prepared by reactive spark plasma sintering", Results in Materials, vol. 11, p. 100217, 2021.
[16] F. Adibpur, S. A. Tayebifard, M. Zakeri & M. S. Asl, "Spark plasma sintering of quadruplet ZrB2–SiC–ZrC–Cf composites", Ceramics International, vol. 46, no. 1, pp. 156–164, 2020.
[17] L. Silvestroni & D. Sciti, "Microstructure and properties of pressureless sintered ZrC-based materials", Journal of Materials Research, vol. 23, no. 7, pp. 1882–1889, 2008.
[18] Z. Zhao, K. Li & W. Li, "Ablation behavior of ZrC-SiC-ZrB2 and ZrC-SiC inhibited carbon/carbon composites components under ultrahigh temperature conditions", Corrosion Science, vol. 189, p. 109598, 2021.
[19] Y. Wang, G. Zhang & K. Chou, "Preparation and oxidation characteristics of ZrC-ZrB2 composite powders with different proportions", International journal of minerals, metallurgy and materials, vol. 29, no. 3, pp. 521–528, 2022.
[20] M. Tiwari, A. Singh & V. K. Singh, "The microstructural and mechanical behavior of in-situ synthesized ZrB2–ZrC and ZrB2–SiC–ZrC composites: A comparative study", Vacuum, vol. 214, p. 112199, 2023.
[21] E. W. Neuman, G. J. Harrington, G. E. Hilmas & W. G. Fahrenholtz, "Thermal conductivity of hot-pressed ZrB2-ZrC ceramics", Materialia, vol. 26, p. 101638, 2022.
[22] B. Ke, W. Ji, J. Zou, W. Wang & Z. Fu, "Densification mechanism, microstructure and mechanical properties of ZrC ceramics prepared by high-pressure spark plasma sintering", Journal of the European Ceramic Society, vol. 43(8), pp. 3053–3061, 2023.
[23] K. Cui, H. Mao, Y. Zhang, J. Wang, H. Wang, T. Tan & T. Fu, "Microstructure, mechanical properties, and reinforcement mechanism of carbide toughened ZrC-based ultra-high temperature ceramics: A review", Composite Interfaces, vol. 29, no. 7, pp. 729–748, 2022.
[24] J. Zhang & J. M. McMahon, "Temperature-dependent mechanical properties of ZrC and HfC from first principles", Journal of Materials Science, vol. 56, no. 6, pp. 4266–4279, 2021.
[25] I. Forooghi & M. Mashhadi, "Pressureless Sintering & Mechanical & Thermal Properties of ZrB2-ZrC-SiC Nanocomposite", Journal of Advanced Materials in Engineering (Esteghlal), vol. 39, no. 4, pp. 115–129, 2022.
[26] M. Sarhangian & M. Mashhadi, "The Impact of Si3N4 Incorporation on the Mechanical Characteristics of ZrB2-SiC Nanocomposite Sintered via Pressureless Method", Heliyon, 2024.
[27] Z. Nasiri & M. Mashhadi, "Investigation on microstructure, mechanical properties and pressureless sintering behavior of ZrB2-SiCnano/micron composites", 2018.
[28] M. Vivekananthan, C. Ahilan, S. Sakthivelu & M. Saravanakumar, "A primary study of density and compressive strength of the silicon nitride and titanium nitride ceramic composite", Materials Today: Proceedings, vol. 33, pp. 2741–2745, 2020.
[29] S. W. Hughes, "Measuring liquid density using Archimedes’ principle", Physics Education, vol. 41, no. 5, p. 445, 2006.
[30] L. Feng, W. G. Fahrenholtz & G. E. Hilmas, "Effect of ZrB2 content on the densification, microstructure, and mechanical properties of ZrC-SiC ceramics", Journal of the European Ceramic Society, vol. 40, no. 2, pp. 220–225, 2020.
[31] S. Li, Y. Zhu, J. Chai, Y. Liu, L. Niu, X. Gao, P. Jin, T. Shen, M. Cui & Z. Wang, "Effects of ZrC content on the microstructure and mechanical property of ZrC/ZTA composites consolidated by hot pressing", Journal of Alloys and Compounds, vol. 860, p. 158402, 2021.
[32] V. Gropyanov & L. Bel’tyukova, "Sintering and recrystallization of ZrC-ZrB 2 compacts", Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics, vol. 7, pp. 527–533, 1968.
[33] Z. Yu, X. Lv, S. Lai, L. Yang, W. Lei, X. Luan & R. Riedel, "ZrC–ZrB 2–SiC ceramic nanocomposites derived from a novel single-source precursor with high ceramic yield", Journal of Advanced Ceramics, vol. 8, pp. 112–120, 2019.
[34] S. Emami, E. Salahi, M. Zakeri & S. Tayebifard, "Effect of composition on spark plasma sintering of ZrB2–SiC–ZrC nanocomposite synthesized by MASPSyn", Ceramics International, vol. 43, no. 1, pp. 111–115, 2017.
[35] B. Ke, J. Zou, W. Wang, W. Ji & Z. Fu, "Fabrication and improved properties of ZrC-SiC-ZrB2 ceramics by ultra-high pressure sintering", Journal of the European Ceramic Society, 2024.
[36] H. L. Liu, G. J. Zhang, J. X. Liu & H. Wu, "Synergetic roles of ZrC and SiC in ternary ZrB2–SiC–ZrC ceramics", Journal of the European Ceramic Society, vol. 35, no. 16, pp. 4389–4397, 2015.
[37] A. Rezapour & Z. Balak, "Fracture toughness and hardness investigation in ZrB2–SiC–ZrC composite", Materials Chemistry and Physics, vol. 241, p. 122284, 2020.
[38] Q. Y. Liu, S. K. Sun, L. Y. Zeng, Y. You, W. M. Guo, L. X. Wu & H. T. Lin, "Improvement of sinterability and mechanical properties of ZrB2 ceramics by the modified borothermal reduction methods", Journal of the European Ceramic Society, vol. 40, no. 12, pp. 3844–3850, 2020.
[39] S. N. Katea, L. Riekehr & G. Westin, "Synthesis of nano-phase ZrC by carbothermal reduction using a ZrO2–carbon nano-composite", Journal of the European Ceramic Society, vol. 41, no. 1, pp. 62–72, 2021.
[40] R. Harrison & W. Lee, "Processing and properties of ZrC, ZrN and ZrCN ceramics: a review", Advances in Applied Ceramics, vol. 115, no. 5, pp. 294–307, 2016.
[41] H. B. Ma, G. J. Zhang, H. L. Liu, J. X. Liu, Y. Lu & F. F. Xu, "Effect of WC or ZrC addition on thermal residual stresses in ZrB2SiC ceramics", Materials & Design, vol. 110, pp. 340–345, 2016.
[42] G. A. Gogotsi, "Fracture toughness of ceramics and ceramic composites", Ceramics international, vol. 29, no. 7, pp. 777–784, 2003.
[43] K. Matsui, K. Hosoi, B. Feng, H. Yoshida & Y. Ikuhara, "Ultrahigh toughness zirconia ceramics", Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 120, no. 27, p. e2304498120, 2023.
فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال هجدهم – شماره چهارم – زمستان 1403 (شماره پیاپی 71)، صص. 59-70 | ||
| فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد ma.iaumajlesi.ac.ir |
|
تأثیر افزودن ZrC در فرآیند تفجوشی بدون فشار کامپوزیت هیبریدی ZrB2-SiCn/SiCm-Si3N4 بر خواص فیزیکی، مکانیکی و مکانیزم رشد ترک آن
مقاله پژوهشی |
1- دانشجوی دکتری، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.
2- دانشیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.
* me_mashadi@yahoo.com
اطلاعات مقاله |
| چکیده |
دریافت: 06/03/1402 پذیرش: 12/05/1403 | توجه به سرامیکهای فوق دمابالا به دلیل فناوریهای قرن بیست و یکم و تلاش برای ساخت سامانههای حفاظت حرارتی قابلاستفاده مجدد و سایر ترکیبات موردنیاز برای نسلهای آینده وسایل نقلیه هوا فضایی مافوق صوت، به میزان قابلتوجهی افزایش یافته است. در این پژوهش افزودن کاربید زیرکونیم (ZrC) بهعنوان تقویتکننده در مقادیر 5 تا 40 درصد حجمی بر رفتار خواص مکانیکی و مکانیزم رشد ترک ZrB2-SiCn/m (دارای 3 درصد حجمی سیلیکون نیترید Si3N4) موردبررسی قرار گرفت. جهت ارزیابی از سختی سنجی ویکرز، چگالی ارشمیدس و تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی استفاده شد. نتـایج نشان داد؛ میزان انقباض حجمی با افزایش میزان ZrC کاهش مییابد. بالاترین افزایش چگالی نسبی نمونهها با افزایش مقدار ZrC در نمونه ZrB2-SiCn/m-30%ZrC به میزان (04/97) درصد است. با توجه به اینکه ترك نميتواند از ميان ذرات ZrC عبور کند؛ این ذرات از طريق دو سازوکار تغيير مسير ترك و پلزنی ترك باعث افزايش چقرمگي ميشوند. همچنین نمونه حاوی 30 درصد حجمی ZrC بیشترین مقدار چقرمگی شکست (MPa.M1/226/4) و سختی (GPa 3/16) را دارد. | |
کلید واژگان: سرامیکهای فوق دمابالا دیبوراید زیرکونیوم تفجوشی بدون فشار کاربید زیرکونیوم. |
|
Influence of ZrC Addition on the Physical, Mechanical Properties, and Crack Growth Behavior of ZrB2-SiCn/SiCm-Si3N4 Hybrid Composite Fabricated Through Pressureless Sintering Process
Mohammad Sarhangian1, Mehri Mashhadi2*
1- PhD Student, Malek Ashtar University of Technology, Faculty of Materials & Manufacturing Technologies, Tehran, Iran.
2- AssosiateProfessor, Malek Ashtar University of Technology, Faculty of Materials & Manufacturing Technologies, Tehran, Iran.
* me_mashadi@yahoo.com
Abstract |
| Article Information |
Attention to ultrahigh temperature ceramics has increased significantly due to the advancements in 21st century technologies and efforts to develop reusable thermal protection systems and other compounds required for future generations of hypersonic aerospace vehicles. In this research, the addition of zirconium carbide (ZrC) as a reinforcement in volumes ranging from 5 to 40% was investigated for its impact on the mechanical properties and crack growth behavior of ZrB2-SiCn/m composites) with 3% silicon nitride (Si3N4) by volume) The results indicate that volumetric shrinkage decreases with increasing ZrC content. The highest relative density increase was observed in the ZrB2-SiCn/m-30%ZrC sample, with a percentage increase of 97.04%. Since cracks cannot pass through the ZrC particles, these particles increase the toughness by altering the crack path and bridging the crack. Moreover, the sample containing 30% volume fraction of ZrC exhibited the highest fracture toughness (4.26 MPa.m1/2) and hardness (16.3 GPa). | Original Research Paper | |
| Keywords: Ultra-High Temperature Ceramics ZrB2 Pressureless Sinter ZrC. |
1- مقدمه
بهطورکلی منظور از كاربرد فوق دمابالا آن است كه ماده بتواند دماهاي بالاتر از 1800 درجه به همراه جريانهاي گرمايي بالا، تنشهاي مكانيكي و لرزش را تحمل كند. ازاینرو نياز است؛ ماده داراي استحكام، مقاومت به اكسيداسيون، مقاومت به شوك حرارتي و مقاومت به سايش بالايي باشد [1–3]. ترکیبات دیرگداز مانند کاربیدهای سرامیکی، بوریدها و نیتریدها، به دلیل نقاط ذوب بالا، سختی بالا، خنثی بودن شیمیایی و مقاومت در برابر اکسیداسیون، شاخص هستند. این ترکیبات دیرگداز بهطورکلی سرامیکهای فوق دمابالا1 (UHTCs) نامیده میشود [4–6]. بوریدها و کاربیدهای فلزات مانند دیبورید زیرکونیم (ZrB2)، TaC و ZrC دارای نقاط ذوب بسیار بالایی هستند و بهعنوان سرامیکهای فوق دمابالا طبقهبندی میشوند [7-8].
کامپوزیتهای سرامیکی ZrB2 کاندیدهای جذاب برای مواد ساختاری فوق دمابالا به علت استحکام عالی دمابالا و مقاومت به اکسیداسیون خوب شناختهشدهاند. این خصوصیات باعث میشود تا در محیطهای حساس ازجمله پرواز مافوق صوت، ورود مجدد اتمسفر، رانش موشک و ... مورداستفاده قرار گیرند [9-10].
تفجوشی کامپوزیتهای پایه ZrB2 اساساً به روش جرقه پلاسما، پرس داغ و پرس داغ واکنشی انجام میشود؛ اما به دلیل مزایایی که روش تفجوشی بدون فشار در مقایسه با روشهای ذکرشده دارد (قابلیت ساخت قطعه نزدیک به ابعاد نهایی، ساخت قطعات با اشکال هندسی پیچیده و کاهش هزینه ماشینکاری قطعات) به روشهای دیگر ترجیح داده میشود [11–13].
اسنایدر و همکاران2 [14] ارتباط بین ترکیب، ریزساختار و خواص کامپوزیت ZrB2-SiC-ZrC به روش تفجوشی قوس پلاسما بررسی کردند. در این پژوهش پنج نمونه مختلف از این کامپوزیت سهجزئی ساخته شد. چگالی نمونهها با افزایش درصد سیلیکون کاربید افزایش یافت و بالاترین چگالی مربوط به نمونهها در میزان 20 درصد حجمی سیلیکون کاربید بود. متوسط اندازه ذرات در نمونهها 4 الی 5 میکرومتر گزارش شد. نتایج نشان دادند؛ افزایش درصد فازی SiC منجر به کاهش اندازه ذرات در این کامپوزیت شد. با توجه به نتایج آزمون سختی سنجی بیشترین سختی در نمونهها در مقادیر 20 درصد حجمی از هرکدام از اجزاء این کامپوزیت است.
با توجه به اینکه فرآیند متراکم سازی این کامپوزیتها در دما و فشار بسیار بالا انجام میشود، امروزه برای ساخت سرامیکهای ZrB2-SiC-ZrC درواقع نوعی پرس داغ اصلاحشده هستند میتوان به گرمادهی بسیار سریع و همینطور زمان تفجوشی کوتاه دستیافت. علاوه بر این در روشها رشد دانهها بهشدت محدودشده و امکان دسترسی به ریزساختارهای بسیار منظمی وجود دارد. همینطور چگالی نهایی نمونه نیز به چگالی نظری نزدیکتر خواهد بود [14–16].
سیلوسترونی و همکاران3 [17] در پژوهشی کامپوزیتهای بر پایه ZrC را به روش تفجوشی بدون فشار با استفاده از MoSi2 بهعنوان کمک تفجوشی آماده کردند. پس از آزمایشها اولیه، یک ماده ZrC پایه و دو کامپوزیت ZrC-HfC و ZrC-ZrB2 به دست آمد که حاوی 20 درصد حجمی MoSi2 در دمای 1900 تا 1950 درجه سانتیگراد به تراکم نسبی 96-98 درصد رسیدند. میانگین اندازه ذرات بین 5 تا 9 میکرومتر به دست آمد. نتایج نشان داد که افزودن دیبوراید زیرکونیوم موجب بهبود خواص این کامپوزیت در دمای اتاق و دماهای بالاتر میشود. بهمنظور بررسی اثر ترکیب کامپوزیت روی خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی، کامپوزیتهایی با ترکیبهای متفاوت ساخته شد. نتایج ریزساختار و چگالی نشان دادند که کاهش مقدار ZrB2، دمای شروع چگال شدن را کاهش میدهد، اما مقادیر ZrC یا SiC، در این دما تأثیری روی چگال شدن ندارد.
بیشترین تأثیر قابلتوجه افزودن ZrC به کامپوزیتهای زمینه ZrB2 بهبود تفجوشیپذیری، توسعه ریزساختار، بهبود خواص مکانیکی و افزایش مقاومت به اکسیداسیون است [18–21]. همچنین به دلیل سختی ذاتاً بالا و ایجاد ساختار ریزدانه میتواند خواص مکانیکی و چقرمگی را بهبود دهد [22–25]. 
در شکل دو جزئي به دليل محدوديت در قابليت تفجوشی، براي كاربردهاي فوق دما بالا مناسب نيست. با توجه به اینکه افزودن 3 درصد حجمی Si3N4 در پژوهشهای مشابه [26] باعث کاهش تخلخل و بهبود نسبی خواص مکانیکی شده است؛ در این پژوهش اثر میزان افزودنی ZrC (از 5 تا 40 درصد) بر خواص مکانیکی و مکانیزم ترک کامپوزیت ZrB2-SiCn/m (با 3 درصد حجمی Si3N4 در ترکیب) بررسی شده است. در این پژوهش درصد بهینه ZrC به دست آمده است؛ بنابراین سیستم کامپوزیتی موردبررسی، از خواص مکانیکی بهینهتری نسبت به پژوهشهای مشابه برخوردار است (در کاربردهای مختلف و بهخصوص دما بالا، ویژگی لازم و مثبتی تلقی میشود).
2- روش تحقیق
2- 1- آمادهسازی نمونهها
با توجه به جدول 1 در این پروژه از پودرهای 1 تا 4 بهعنوان مواد اولیه و از ZrC بهعنوان کمک تفجوشی استفاده شد. ترکیب کامپوزیت مورداستفاده اولیه 78%VolZrB2-20%VolSiC-3%VolSi3N4 است. کامپوزیت ZrB2-SiC حاوی میکروذرات (m) SiC به دلیل تجمع ذرات در مرز دانهها منجر به توزیع غیریکنواخت ذرات در فاز زمینه میشود؛ درنتیجه چگالی نسبی افزایش مییابد. از طرف دیگر نانوذرات SiC (n) باعث بهبود رفتار تفجوشی ZrB2 میشود [27]. از دستگاه پرس هیدرولیک تکمحوره با فشار 80 مگاپاسکال به مدت 5 دقیقه جهت شکلدهی پودرها در قالب فولاد گرید ۱.۲۵۶۷ استفاده شد. درنهایت نمونههای استوانهای شکل به ارتفاع تقریبی 5 و 10 میلیمتر تهیه شد. جهت پیرولیز در مرحله اول از کوره با سرعت حرارت دهی 1 درجه سانتیگراد در دقیقه تا دمای 1000 درجه سانتیگراد به مدت 3 ساعت جهت خروج رزین استفاده و در مرحله دوم از کوره با سرعت حرارت دهی 10 درجه سانتیگراد تا دمای 1000 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت استفاده شد.
جدول (1): مشخصات پودر اولیه کامپوزیت ZrB2_SiCn/m.
ردیف | نوع ماده | اندازه ذرات | خلوص (درصد) | ناخالصیها | |
1 | SiCn | 40 nm | 99> | Al-Ca | |
2 | SiCm | D50=2.5 | 99> | - | |
3 | ZrB2 | D50=3 | 99> | Hf-Mg-Si-Na | |
4 | Si3N4 | D50=10 |
|
| |
5 | ZrC | D50=7 | 99> | Fe-S-Cu | |
کد نمونه | ترکیب |
ZSZ0 | ZrB2-SiC-0%ZrC |
ZSZ5 | ZrB2-SiC-5%ZrC |
ZSZ10 | ZrB2-SiC-10%ZrC |
ZSZ15 | ZrB2-SiC-15%ZrC |
ZSZ20 | ZrB2-SiC-20%ZrC |
ZSZ25 | ZrB2-SiC-25%ZrC |
ZSZ30 | ZrB2-SiC-30%ZrC |
ZSZ35 | ZrB2-SiC-35%ZrC |
ZSZ40 | ZrB2-SiC-40%ZrC |
بهمنظور سختی سنجی نمونهها از روش سختی سنجی ویکرز با استاندارد ASTM-E399 با نیروی 75 کیلوگرم با توجه به رابطه 1 استفاده شد.
(1) |
| ||||
(2) |
| ||||
(3) |
| ||||
(4) |
| ||||
(5) |
| ||||
(6) |
| ||||
(7) |
| ||||
(8) |
| ||||
(9) |
| ||||
(10) | (𝑣𝑜𝑙%𝑍𝑟𝐵2×𝜌𝑍𝑟𝐵2+𝑣𝑜𝑙%𝑍𝑟𝐶×𝜌𝑍𝑟𝐶+𝑣𝑜𝑙%𝑆𝑖𝐶×𝜌𝑆𝑖𝐶+𝑣𝑜𝑙%Si3N4×𝜌Si3N4) | ||||
(11) |
| ||||
(12) |
| ||||
(13) |
| ||||
(14) |
| ||||
(15) |
| ||||
| |||||
(16) |
|
کد نمونه | ترکیب شیمیایی (درصد وزنی) | دانسیته بالک | دانسیته نسبی | تخلخل | انقباض حجمی |
ZSZ0 | ZrB2-SiC-Si3N4-0%ZrC | 20/5 | 70/93 | 9/1 | 80/47 |
ZSZ5 | ZrB2-SiC-Si3N4-5%ZrC | 31/5 | 10/94 | 5/1 | 45/46 |
ZSZ10 | ZrB2-SiC-Si3N4-10%ZrC | 22/5 | 18/95 | 3/1 | 67/46 |
ZSZ15 | ZrB2-SiC-Si3N4-15%ZrC | 24/5 | 73/95 | 3/1 | 44/48 |
ZSZ20 | ZrB2-SiC-Si3N4-20%ZrC | 29/5 | 09/96 | 78/0 | 63/50 |
ZSZ25 | ZrB2-SiC-Si3N4-25%ZrC | 26/5 | 04/97 | 76/0 | 71/46 |
ZSZ30 | ZrB2-SiC-Si3N4-30%ZrC | 21/5 | 04/97 | 5/0 | 04/46 |
ZSZ35 | ZrB2-SiC-Si3N4-35%ZrC | 20/5 | 01/96 | 44/0 | 21/46 |
ZSZ40 | ZrB2-SiC-Si3N4-40%ZrC | 26/5 | 24/95 | 02/1 | 09/46 |
3-1- اثر مقدار کاربید زیرکونیوم بر دانسیته نسبی کامپوزیت ZrB2-SiCn/m
با داشتن ابعاد نمونهها، قبل و بعد از فرآیند تفجوشی میتوان درصد انقباض را محاسبه کرد. جدول 3، درصد انقباض، دانسیتهها و تخلخل نمونهها به روش ارشمیدس، بعد از تفجوشی در دمای 2200 درجه سانتیگراد را نشان میدهد. بررسی نتایج حاصل از آزمون دانسیته بر اساس جدول 3 و بررسی شکل 2 که نشاندهنده درصد تخلخل برحسب درصد وزنی ZrC است؛ بنابراین در نمونه حاوی ZrC با میزان 0 تا 30 درصد وزنی ZrC، کاهش در میزان تخلخل و افزایش در دانسیته نسبی رخ داد، بهطوریکه در 30 درصد وزنی ZrC کمترین درصد تخلخل و بیشترین دانسیته نسبی مشاهده شد. از طرفی در نمونههای با مقادیر بیش از 30 درصد ZrC به دلیل آگلومراسیون، دانسیته نسبی آن کاهش یافته است. در پژوهشهای مشابه [29–31] با افزودن ZrC، تخلخلهای ظاهری کاهش پیدا کرده است که میتواند در نقش یک کمک تفجوشی، سبب تفجوشی پذیری بهتر کامپوزیت شود؛ در مقابل سبب تراکم بیشتر و افزایش چگالی شده باشد؛ اما مقادیر بیشتر از 30 درصد وزنی، نتیجه عکس داشته و سبب افزایش تخلخلهای ظاهری میشود و به دنبال آن چگالی را کاهش میدهد. گروپيانو و همكاران4 [32] تأثیر افزودن ZrCو ZrB2 به يكديگر را موردمطالعه قراردادند. آنها نتيجهگيری كردند كه سينترپذيری ZrB2 به ميزان زيادي به مقدار ZrC وابسته بوده و بهعبارتدیگر با افزايش جزء ديرگدازتر كامپوزيت يعني ZrC تا حدودی چگالي بيشتر و تخلخل ظاهري كمتر ميشود. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که با افزايش مقدار ZrCفصل مشتركها گسسته خواهند شد و از حالت يكپارچگي بيرون خواهد آمد.
با توجه به نتایج شکل 2 و بررسیهای صورت گرفته با افزودن مقدار ZrC درصد انقباض افزایش یافت، اما با عبور از مقدار 30 درصد وزنی، درصد انقباض نمونه مجدد روند نزولی پیدا کرد. با افزایش بیش از 35 درصد وزنی ZrC، روند نزولی انقباض میتواند مربوط به تشکیل احتمالی فازهای جدید باشد و این مطلب در مورد دانسیته نیز صادق است. در نمونه حاوی 30 درصد وزنی ZrC، کمترین مقدار انقباض حاصل شد که نشاندهنده تفجوشی شدن خوب نمونه و حذف بیشتر تخلخلها میتواند باشد [26 و 33].
شکل (2): تغییرات چگالی نسبی با افزایش مقدار ZrC.
3-2- اثر مقدار کاربید زیرکونیوم بر سختی کامپوزیت ZrB2-SiCn/m-ZrC
نتایج حاصل از سختی سنجی ویکرز کامپوزیت ZrB2-SiCn/m در جـدول 4 آمـده است. همانطور که ملاحظه میشود با افزایش میزان ZrC در نمونههای 25 تا 30 درصد وزنی ZrC، افزایش در سختی مشاهده شد؛ زیرا سختی سرامیکها با افزایش دانسیته افزایش یافته است. بهبیاندیگر نتایج حاصل از سختی تأییدکننده نتایج حاصل از دانسیته هستند. از طرفی حضور ZrC تحریکپذیری مرزدانهها را کاهش داده است. درنهایت ذرات ZrC با ممانعت کردن از حرکت مرزدانهها از رشد دانههای زمینه جلوگیری میکنند. روند تغييرات در مقادير سختي را ميتوان به تغيير مقدار ZrC در كامپوزيت و اثر آن بر اندازه دانه و ساختار بلوري كامپوزيت نسبت داد؛ زيرا خود فاز ZrC از سختي بالايي برخوردار است [22] و با افزودن اين فاز به كامپوزيت سختي آن بالا ميرود. همچنين با افزايش مقدار ZrC از یکسو رشد دانهها کنترلشده و اندازه دانهها ريزتر ميشود كه اين امر باعث افزايش سختي نمونهها شده است. از سوي ديگر مقدار بیشازحد ZrC (بيش از 30 درصد) موجب گسستگي ساختار و افزايش تخلخلهاي ظاهري میشود. اين امر اثر بيشتري بر سختي گذاشته و مقدار سختي كامپوزيت را كم ميكند. بنابراين بالاترين مقدار سختي در نمونه با 30 درصد ZrC به مقدار 3/16 گیگاپاسکال حاصل شد. این میزان در حد سختي بهدستآمده براي كامپوزيت ZrB2-SiC-ZrC در دیگر پژوهشهای مشابه [34–36] است.
جدول (4): سختی ویکرز کامپوزیتهای ZrB2-SiCn/m.
کد نمونه | سختی (گیگاپاسکال) |
ZSZ0 | 01/13 |
ZSZ5 | 17/13 |
ZSZ10 | 20/14 |
ZSZ15 | 32/14 |
ZSZ20 | 06/15 |
ZSZ25 | 94/15 |
ZSZ30 | 30/16 |
ZSZ35 | 22/15 |
ZSZ40 | 19/14 |
با توجه به رابطه 17 و با در نظر گرفتن این نکته که تخلخل روی سختی اثر مستقیم دارد. P سختی ماده کاملاً چگال، H0 میزان تخلخل موجود در ساختار و b یک ثابت است با توجه به اینکه تخلخل در سرامیکها هیچگونه مقاومتی در برابر تنش نشان ندارد؛ بنابراین در مواد با تخلخل بیشتر، سختی کمتری دیده میشود [37-38] و میتوان نتیجه گرفت که در نمونههای 35 و 40 درصد، با زیادشدن مقدار درصد ZrC تخلخل افزایشیـافته و سختی کمتری دیده میشود.
(17) |
|
جدول (5): میانگین اندازه دانه در نمونهها با توجه به آنالیز تصویر.
کد نمونه | میانگین اندازه دانه (µm) |
ZSZ0 | 08/4 |
ZSZ5 | 94/3 |
ZSZ10 | 36/3 |
ZSZ15 | 97/2 |
ZSZ20 | 32/2 |
ZSZ25 | 29/2 |
ZSZ30 | 06/2 |
ZSZ35 | 14/2 |
ZSZ40 | 28/3 |
جدول (6): نتایج EDS در نمونه ZSZ30.
3-4- اثر مقدار کاربید زیرکونیوم بر چقرمگی کامپوزیت ZrB2-SiCn/m-ZrC
در رابطه با نتایج چقرمگی شکست نمونههای تفجوشی شده، نمودار در جدول 7 آورده شده است. سرامیکها به دلیل پیوندهای یونی-کوالانس چقرمگی شکست پایین و تغییر شکل پلاستیک محدودی دارند. عدم تطابق در ضرایب انبساط حرارتی زمینه و ذرات فاز ثانویه، تنشهای باقیمانده در اطراف فاز ثانویه ایجاد نموده که این تنشها با فاصله از فاز ثانویه کاهش مییابند. وجود این تنشها در اطراف فاز ثانویه نابجایی و مرزهای فرعی ایجاد نموده که در حین فرآیند سرد کردن بعد از تفجوشی ایجاد میشوند [42-43]. حضور ZrC بهعنوان فاز دوم، با انحراف ترک باعث افزایش چقرمگی شده است. چقرمگی نمونهها با استفاده از اندازه طول ترک و بار اعمالی محاسبه شد. با توجه به تراکم بالاتر در نمونه ZSZ30 حرکت ترک در نمونه بهسختی انجام پذیرفته درنتیجه چقرمگی بالاتری نسبت به دیگر درصدهای افزودنی دارد.
جدول (7): چقرمگی شکست کامپوزیتهای ZrB2-SiCn/m تفجوشی شده در دمای 2200 درجه سانتیگراد.
کد نمونه | ترکیب شیمیایی (درصد وزنی) | چقرمگی (مگاپاسکال در جذرمتر) |
ZSZ0 | ZrB2-SiC-0%ZrC | 09/3 |
ZSZ5 | ZrB2-SiC-Si3N4-5%ZrC | 06/3 |
ZSZ10 | ZrB2-SiC-Si3N4-10%ZrC | 10/3 |
ZSZ15 | ZrB2-SiC-Si3N4-15%ZrC | 50/3 |
ZSZ20 | ZrB2-SiC-Si3N4-20%ZrC | 90/3 |
ZSZ25 | ZrB2-SiC-Si3N4-25%ZrC | 02/4 |
ZSZ30 | ZrB2-SiC-Si3N4-30%ZrC | 26/4 |
ZSZ35 | ZrB2-SiC-Si3N4-35%ZrC | 12/4 |
ZSZ40 | ZrB2-SiC-Si3N4-40%ZrC | 96/3 |
در شکل 5 مسیر انحراف ترک توسط ذرات ZrC بهخوبی قابلمشاهده است، بهطوریکه هر چه دانهها ریزتر بوده و تعداد و توزیع ذرات فاز ثانویه در زمینه یکنواختتر باشد، از رشد ترک در ساختار ممانعت به عمل آمده است. در اين تصاوير روشن است كه ترك ایجادشده، در اثر برخورد با ذرات ZrB2 (دانههاي خاكستري روشن) و بهویژه ذرات ZrC (دانههاي سفیدرنگ) تغيير مسير داده و بهطور عمده ذرات ZrC را دور ميزند. يعني ترك نميتواند از ميان ذرات ZrC عبور كند. درنتیجه ذرات ZrC از طريق دو سازوکار تغيير مسير ترك و پلزنی ترك باعث افزايش ميزان چقرمگي شكست كامپوزيتهاي ZrB2-SiC-ZrC ميشوند.
شکل (5): مسیر انحراف ترک نمونه کامپوزیتی ZSZ30.
ریزدانگی افزایش سطح مرزدانه را به همراه دارد و باعث طولانی شدن مسیر تکثیر ترک میشود. همچنین اصلاح چقرمگی شکست برای مقاومت به شوک حرارتی نیز سودمند است. چقرمگی شکست تحت تأثیر اندازه ذرات فاز ثانویه و توزیع آنها است. اندازه بزرگتر دانه ZrB2 و اندازه کوچکتر فاز ثانویه میتوانند چقرمگی شکست را به دلیل انحراف ترک در سطوح مشترک مرزدانه افزایش دهد. این موضوع به تنش باقیمانده دروندانهها و در مرزدانهها مربوط است. احتمال افزایش چقرمگی، به دلیل وجود میکروترکهای به وجود آمده در اثر اختلاف ضریب انبساط حرارتی SiC, ZrB2, ZrC نیز وجود دارد. بدون حضور فاز ثانویه، ترک بهراحتی اشاعه مییابد، ولی با حضور آن، ترک انرژی بیشتری جهت حرکت نیاز دارد که در نتیجه چقرمگی ماده با کامپوزیت شدن افزایش مییابد. افزایش دانسیته و کاهش اندازه دانه ناشی از بهبود فرآیند تفجوشی در حضور ZrC و همچنین کاهش تخلخلها از یکسو موجب انحراف مکرر ترک از مسیر مستقیم میشود. از سوی دیگر، میتواند عامل بهبود چقرمگی باشد. بسياري از محققان [16، 30 و 35] ذكر کردهاند كه فاز ZrC میتواند باعث بهبود استحکام، چقرمگي شکست و مقاومت در برابر اكسيداسيون سراميک بر پايه ZrB2 بهوسیله مهار كردن رشد دانه شود.
4- نتیجهگیری
در این پژوهش اثر ZrC بهعنوان تقویتکننده در مقادیر 5 تا 40 درصد وزنی بر خواص مکانیکی سرامیک ZrB2-SiCn/m (ترکیب پایه 77%VolZrB2-20%SiC-3%Si3N4 است؛ در این ترکیب نسبت SiCn به SiCn برابر با 3 است) در فرآیند تفجوشی بدون فشار موردبررسی قرار گرفت؛ نتایج نشان داد:
1- افزودن ذرات ZrC با درصد وزنی 25 و 30 درصد، باعث افزایش دانسیته نسبی به 04/97 شد. همچنین افزایش درصد ZrC به بالای 30 درصد باعث کاهش حداکثر دانسیته نسبی خواهد شد.
2- با توجه بهسختی بالای ZrC و همچنین کنترل رشد دانه توسط آن افزودن ذرات ZrC تا 30 درصد وزنی سبب افزایش سختی شد و سختی از 01/13 به حداکثر 3/16 گیگاپاسکال افزایش یافت. در مقادیر بالای 30 درصد اگرچه سختی بالاتر از نمونه بدون افزودنی است؛ اما به دلیل گسستگي ساختار و افزايش تخلخلهاي ظاهري باعث کاهش سختی از مقدار ماکزیمم خواهد شد.
3- با توجه به تراکم بالاتر در نمونه ZSZ30 حرکت ترک در نمونه بهسختی انجام پذیرفت؛ بنابراین چقرمگی نمونه از 09/3 به حداکثر 26/4 مگاپاسکال در جذر متر افزایش یافت.
5- مراجع
[1] S. V. Ushakov & A. Navrotsky, "Experimental approaches to the thermodynamics of ceramics above 1500 C", Journal of the American Ceramic Society, vol. 95, no. 5, pp. 1463–1482, 2012.
[2] Z. Wu, X. Liang, Z. Shao, H. Chen, J. Li & J. Wang, "Highly porous multicomponent (Hf1/3Ta1/3Nb1/3) C ultra-high temperature ceramic with low thermal conductivity", Materialia, vol. 18, p. 101158, 2021.
[3] E. Zhang, W. Zhang, T. Lv, J. Li, J. Dai, F. Zhang, Y. Zhao, J. Yang, W. Li & H. Zhang, "Insulating and robust ceramic nanorod aerogels with high-temperature resistance over 1400° C", ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 13, no. 17, pp. 20548–20558, 2021.
[4] D. Ni, Y. Cheng, J. Zhang, J. X. Liu, J. Zou, B. Chen, H. Wu, H. Li, S. Dong & J. Han, "Advances in ultra-high temperature ceramics, composites, and coatings", Journal of Advanced Ceramics, vol. 11, pp. 1–56, 2022.
[5] B. C. Wyatt, S. K. Nemani, G. E. Hilmas, E. J. Opila & B. Anasori, "Ultra-high temperature ceramics for extreme environments", Nature Reviews Materials, pp. 1–17, 2023.
[6] A. Nisar R. Hassan, A. Agarwal & K. Balani, "Ultra-high temperature ceramics: Aspiration to overcome challenges in thermal protection systems", Ceramics International, vol. 48, no. 7, pp. 8852–8881, 2022.
[7] M. Kheyrollazadeh, Z. Balak, M. Azizieh & M. S. Asl, "Effect of TaC and graphene nanoplatelets on the microstructure and mechanical properties of ZrB2", Diamond and Related Materials, vol. 139, p. 110345, 2023.
[8] D. Hu, Q. Fu, L. Zhou, X. Li & B. Liu, "Effects of air plasma flame on the ZrB2-based UHTC coatings: Microstructure, phase evolution and ablation resistance", Journal of Materials Science & Technology, vol. 158, pp. 194–206, 2023.
[9] M. Zhang, G. Yang, L. Zhang, Y. Zhang, J. Yin, X. Ma, J. Wen, L. Dai, X. Wang & H. Chen, "Application of ZrB2 thin film as a low emissivity film at high temperature", Applied Surface Science, vol. 527, p. 146763, 2020.
[10] B. Kumar & P. Kumar, "Preparation of hybrid reinforced aluminium metal matrix composite by using ZrB2: A systematic review", Materials Today: Proceedings, vol. 61, pp. 115–120, 2022.
[11] J. A. Yeom, Y. W. Kim, W. K. Jung, D. I. Cheong & E. S. Kang "Pressureless sintering of SiC ceramics with improved specific stiffness", Journal of the European Ceramic Society, vol. 43, no. 9, pp. 3941–3949, 2023.
[12] W. Huang, J. Zhou, C. Ren, F. Zhang, J. Tang, M. Omran & G. Chen, "Sintering behaviour and properties of zirconia ceramics prepared by pressureless sintering", Ceramics International, vol. 49, no. 16, pp. 27192–27200, 2023.
[13] X. Li, L. Zhang, Y. Dong, M. Qin, Z. Wei, Z. Que, J. Yang, X. Qu & J. Li, "Towards pressureless sintering of nanocrystalline tungsten", Acta Materialia, vol. 220, p. 117344, 2021.
[14] A. Snyder, D. Quach, J. R. Groza, T. Fisher, S. Hodson & L. A. Stanciu, "Spark Plasma Sintering of ZrB2–SiC–ZrC ultra-high temperature ceramics at 1800 C", Materials Science and Engineering: A, vol. 528, no. 18, pp. 6079–6082, 2011.
[15] T. G. Aguirre, C. L. Cramer, E. Cakmak, M. J. Lance & R. A. Lowden, "Processing and microstructure of ZrB2–SiC composite prepared by reactive spark plasma sintering", Results in Materials, vol. 11, p. 100217, 2021.
[16] F. Adibpur, S. A. Tayebifard, M. Zakeri & M. S. Asl, "Spark plasma sintering of quadruplet ZrB2–SiC–ZrC–Cf composites", Ceramics International, vol. 46, no. 1, pp. 156–164, 2020.
[17] L. Silvestroni & D. Sciti, "Microstructure and properties of pressureless sintered ZrC-based materials", Journal of Materials Research, vol. 23, no. 7, pp. 1882–1889, 2008.
[18] Z. Zhao, K. Li & W. Li, "Ablation behavior of ZrC-SiC-ZrB2 and ZrC-SiC inhibited carbon/carbon composites components under ultrahigh temperature conditions", Corrosion Science, vol. 189, p. 109598, 2021.
[19] Y. Wang, G. Zhang & K. Chou, "Preparation and oxidation characteristics of ZrC-ZrB2 composite powders with different proportions", International journal of minerals, metallurgy and materials, vol. 29, no. 3, pp. 521–528, 2022.
[20] M. Tiwari, A. Singh & V. K. Singh, "The microstructural and mechanical behavior of in-situ synthesized ZrB2–ZrC and ZrB2–SiC–ZrC composites: A comparative study", Vacuum, vol. 214, p. 112199, 2023.
[21] E. W. Neuman, G. J. Harrington, G. E. Hilmas & W. G. Fahrenholtz, "Thermal conductivity of hot-pressed ZrB2-ZrC ceramics", Materialia, vol. 26, p. 101638, 2022.
[22] B. Ke, W. Ji, J. Zou, W. Wang & Z. Fu, "Densification mechanism, microstructure and mechanical properties of ZrC ceramics prepared by high-pressure spark plasma sintering", Journal of the European Ceramic Society, vol. 43(8), pp. 3053–3061, 2023.
[23] K. Cui, H. Mao, Y. Zhang, J. Wang, H. Wang, T. Tan & T. Fu, "Microstructure, mechanical properties, and reinforcement mechanism of carbide toughened ZrC-based ultra-high temperature ceramics: A review", Composite Interfaces, vol. 29, no. 7, pp. 729–748, 2022.
[24] J. Zhang & J. M. McMahon, "Temperature-dependent mechanical properties of ZrC and HfC from first principles", Journal of Materials Science, vol. 56, no. 6, pp. 4266–4279, 2021.
[25] I. Forooghi & M. Mashhadi, "Pressureless Sintering & Mechanical & Thermal Properties of ZrB2-ZrC-SiC Nanocomposite", Journal of Advanced Materials in Engineering (Esteghlal), vol. 39, no. 4, pp. 115–129, 2022.
[26] M. Sarhangian & M. Mashhadi, "The Impact of Si3N4 Incorporation on the Mechanical Characteristics of ZrB2-SiC Nanocomposite Sintered via Pressureless Method", Heliyon, 2024.
[27] Z. Nasiri & M. Mashhadi, "Investigation on microstructure, mechanical properties and pressureless sintering behavior of ZrB2-SiCnano/micron composites", 2018.
[28] M. Vivekananthan, C. Ahilan, S. Sakthivelu & M. Saravanakumar, "A primary study of density and compressive strength of the silicon nitride and titanium nitride ceramic composite", Materials Today: Proceedings, vol. 33, pp. 2741–2745, 2020.
[29] S. W. Hughes, "Measuring liquid density using Archimedes’ principle", Physics Education, vol. 41, no. 5, p. 445, 2006.
[30] L. Feng, W. G. Fahrenholtz & G. E. Hilmas, "Effect of ZrB2 content on the densification, microstructure, and mechanical properties of ZrC-SiC ceramics", Journal of the European Ceramic Society, vol. 40, no. 2, pp. 220–225, 2020.
[31] S. Li, Y. Zhu, J. Chai, Y. Liu, L. Niu, X. Gao, P. Jin, T. Shen, M. Cui & Z. Wang, "Effects of ZrC content on the microstructure and mechanical property of ZrC/ZTA composites consolidated by hot pressing", Journal of Alloys and Compounds, vol. 860, p. 158402, 2021.
[32] V. Gropyanov & L. Bel’tyukova, "Sintering and recrystallization of ZrC-ZrB 2 compacts", Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics, vol. 7, pp. 527–533, 1968.
[33] Z. Yu, X. Lv, S. Lai, L. Yang, W. Lei, X. Luan & R. Riedel, "ZrC–ZrB 2–SiC ceramic nanocomposites derived from a novel single-source precursor with high ceramic yield", Journal of Advanced Ceramics, vol. 8, pp. 112–120, 2019.
[34] S. Emami, E. Salahi, M. Zakeri & S. Tayebifard, "Effect of composition on spark plasma sintering of ZrB2–SiC–ZrC nanocomposite synthesized by MASPSyn", Ceramics International, vol. 43, no. 1, pp. 111–115, 2017.
[35] B. Ke, J. Zou, W. Wang, W. Ji & Z. Fu, "Fabrication and improved properties of ZrC-SiC-ZrB2 ceramics by ultra-high pressure sintering", Journal of the European Ceramic Society, 2024.
[36] H. L. Liu, G. J. Zhang, J. X. Liu & H. Wu, "Synergetic roles of ZrC and SiC in ternary ZrB2–SiC–ZrC ceramics", Journal of the European Ceramic Society, vol. 35, no. 16, pp. 4389–4397, 2015.
[37] A. Rezapour & Z. Balak, "Fracture toughness and hardness investigation in ZrB2–SiC–ZrC composite", Materials Chemistry and Physics, vol. 241, p. 122284, 2020.
[38] Q. Y. Liu, S. K. Sun, L. Y. Zeng, Y. You, W. M. Guo, L. X. Wu & H. T. Lin, "Improvement of sinterability and mechanical properties of ZrB2 ceramics by the modified borothermal reduction methods", Journal of the European Ceramic Society, vol. 40, no. 12, pp. 3844–3850, 2020.
[39] S. N. Katea, L. Riekehr & G. Westin, "Synthesis of nano-phase ZrC by carbothermal reduction using a ZrO2–carbon nano-composite", Journal of the European Ceramic Society, vol. 41, no. 1, pp. 62–72, 2021.
[40] R. Harrison & W. Lee, "Processing and properties of ZrC, ZrN and ZrCN ceramics: a review", Advances in Applied Ceramics, vol. 115, no. 5, pp. 294–307, 2016.
[41] H. B. Ma, G. J. Zhang, H. L. Liu, J. X. Liu, Y. Lu & F. F. Xu, "Effect of WC or ZrC addition on thermal residual stresses in ZrB2SiC ceramics", Materials & Design, vol. 110, pp. 340–345, 2016.
[42] G. A. Gogotsi, "Fracture toughness of ceramics and ceramic composites", Ceramics international, vol. 29, no. 7, pp. 777–784, 2003.
[43] K. Matsui, K. Hosoi, B. Feng, H. Yoshida & Y. Ikuhara, "Ultrahigh toughness zirconia ceramics", Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 120, no. 27, p. e2304498120, 2023.
6- پینوشت
[1] Ultra High Temperature Ceramics
[2] Snyder et al
[3] Silvestron et al
[4] Gropyanov
[5] Image j
[6] Gropyanov
Please cite this article using:
Mohammad Sarhangian, Mehri Mashhadi, Influence of ZrC Addition on the Physical, Mechanical Properties, and Crack Growth Behavior of ZrB2-SiCn/SiCm-Si3N4 Hybrid Composite Fabricated Through Pressureless Sintering Process, New Process in Material Engineering, 2024, 18(3), 59-70.
Sanad
Links
Related Centers
Technical Support
Official pages
The rights to this website are owned by the Raimag Press Management System.
Copyright © 2021-2025