بررسی اثر افزودن همزمان کاربید سیلیسیم( SiC ) در دو مقیاس نانو و میکرون بر ریزساختار، خواص مکانیکی و رفتار زینتر بدون فشار کامپوزیت های فوق دما بالای بر پایه دیبوریدزیرکونیوم(ZrB2)
محورهای موضوعی : سرامیک ها و مواد نسوز
زینب نصیری
1
(
دانشگاه صنعتی مالک اشتر
)
مهری مشهدی
2
(
دانشگاه صنعتی مالک اشتر
)
کلید واژه: زینتر بدون فشار, نانوکامپوزیتZrB2-SiC, نانو ذرات SiC, کامپوزیت های فوق دما بالا,
چکیده مقاله :
در این تحقیق، نانوکامپوزیت ZrB2-SiC به روش زینتر بدون فشار تولید گردید که در ترکیب اولیه کامپوزیت از 20 درصد حجمی SiC نانو استفاده شد. به منظور ساخت نمونه‌ها، پودر ZrB2 و پودرهای SiC نانو و میکرون در درصدهای حجمی مختلف در آسیاب سیاره ای آسیاب شده و مخلوط پودری گرانوله شده پس از پرس گرم اولیه در دمای oC80و فشار MPa100 تحت فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد (CIP) قرار گرفت. در نهایت عملیات زینتر در دمای 2150 درجه سانتیگراد انجام شد. برای مقایسه ریزساختار و خواص مکانیکی نمونه‌ها از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مجهز به طیف‌سنج EDS، آنالیز XRD، تست سختی و تافنس شکست استفاده شد. دانسیته نسبی نمونه‌ها نیز به روش ارشمیدس محاسبه گردید. نتایج حاصل شده از تمامی نمونه‌ها در ترکیبات مختلف نشان می‌دهند که با تغییر درصد حجمی SiC نانو از 20 درصد حجمی به 15 درصد و 5 درصد میکرون، افزایش در دانسیته تا 1/95 درصد رخ می دهد. با بررسی ریز ساختاری و اندازه گیری خواص مکانیکی نمونه ها بیشترین سختی و تافنس شکست نیز، در ترکیب دارای به ترتیب 15 و 5 درصد حجمی SiC نانو و میکرون و با مقادیر Gpa9/15 و Mpa.m1/29/4 مشاهده شد.
In the present paper, ZrB2-SiC was developed by pressureless sintering method and SiC powder at nano and micro-sized scale was used as reinforcement phase. In order to produce composite samples, the primary powders were milled and blended in planetary ball mill apparatus with rotational speed of 200rpm and then processed using hot pressing (70ᵒC and 70MPa), cold isostatic press (200MPa), Pyrolysis (1000ᵒC) and sintering (2150ᵒC). The values of relative density and porosity of samples were measured to evaluate the effect of presence of micro-sized SiC and SiC nano particles simultaneously on the pressureless sintering behavior of ZrB2-SiC. In order to compare the microstructure and mechanical properties of samples Scanning Electron microscopy (SEM), equipped with EDS spectroscopy, XRD analysis, hardness and toughness tests were used. The results show that as the volume percentage of nano SiC decreases to 15 vol.%, the hardness, toughness, relative density and shrinkage initially increase and then decrease.
[1] S. Q. Guo “Densification of ZrB2-Based Composites and Their Mechanical and Physical Properties: A Review”, Journal of Europian Ceramic Society., Vol. 29, pp. 995-1011, 2009.
[2] J. F. Justin & A. Jankowiak, “Ultra High Temperature Ceramics: Densification, Properties and Thermal Stability”, Onera journal, Vol. 3, pp. 1-11, 2011.
[3] J. Han, et al., “Oxidation-resistant ZrB2–SiC composites at 2200ᵒCˮ, Composites Science and technology, Vol. 68, No. 3, pp. 799-806, 2008.
[4] M. S. Asl & M. G. Kakroudi, “Fractographical assessment of densification mechanisms in hot pressed ZrB2-SiC compositesˮ, Ceramics International, Vol. 40, No. 9, pp. 15273-15281, 2014.
[5] H. J. Li, Y. L. Zhang, Q. G. Fu, K. Z. Li, Jian Wei & D. S. Hou, “Oxidation behavior of SiC Nanoparticle-SiC oxidation protective coating for carbon/carbon composites at 1773 K Carbonˮ, Vol. 45, pp. 2692–2716, 2007.
[6] ن. احمدی، ح. ر. بهاروندی و ن. احسانی، "بررسی تأثیر نانو کاربید بور بر خواص مکانیکی کامپوزیت B4C-5vol%TiB2 به روش زینتر بدون فشار"، فصلنامه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال دهم، شماره سوم، صفحه 142-135، پاییز 1395.
[7] Z. Nasiri, M. Mashhadi & A. Abdollahi, “Effect of short carbon fiber addition on pressureless densification and mechanical properties of ZrB2–SiC–Csf nanocomposite”, Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 51, pp. 216–223, 2015.
[8] S. Johnson, M. Gasch & M. Stackpoole, “Assessment of the state of the art of ultra high temperature ceramicsˮ, 2009.
[9] M. Cao, S. Wang & W. Han, “Influence of nanosized SiC particle on the fracture toughness of ZrB2-based nanocomposite ceramic”, Materials Science and Engineering, Vol. 527A, pp. 2925–2928, 2010.
[10] Z. Nasiri & M. Mashhadi, “Effect of sintering temperature and SiC particles size on the microstructure and mechanical properties of ZrB2-SiC composites”, 1st international symposium on nano technology, Isfahan, Iran, 2016.
[11] Z. Nasiri & M. Mashhadi, “Microstructure and mechanical behavior of ternary phase ZrB2-SiC-AlN nanocomposite”, Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 78, pp. 186–192, 2016.
[12] ع. علیزاده، ع. ر. عبدالهی و ز. نصیری، "مقایسه ریزساختار و خواص مکانیکی نانوکامپوزیت Al-B4C تولید شده به روش های ریخته گری گردابی، متالورژی پودر و آلیاژسازی مکانیکی"، فصلنامه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره هشت، شماره اول، صفحه 29-21، بهار 1393.
_||_