سنتز كامپوزيت ZrB2-SiC به روشSPS چندمرحله‌اي و بررسي تأثير TiC و فيبر كربن جهت تشكيل محلول جامد به‌منظور افزايش چقرمگي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد

كارشناسي ارشد

در ميان سراميك‌هاي فوق دمابالا، ZrB2 به دليل پايداري نسبي خواص مكانيكي در دماهاي بالا، سختي و استحكام بالا، هدايت حرارتي و الكتريكي بالا و مقاومت به سايش و خوردگي در صنايع نظير پرنده‌هاي فراصوت، المنت‌ها ،كوره‌ها، قطعات الكترونيكي و ابزار برش كاربرد پيداكرده است. با اين‌حال زينتر ZrB2 به دليل ماهيت كووالانسي و دماي زينتر بالا با چالش مواجه است. بررسي تحقيقات قبلي نشان داد، حضور حداكثر 20% حجمي SiC در ميان افزودني‌هاي پيشنهاد شده، موجب بهبود فرايند زينتر و خواص مكانيكي كامپوزيت پايه ZrB2 شده است. هدف پژوهش، ساخت و مشخصه‌يابي سراميك فوق دمابالا پايه ZrB2-20 vol% SiC به روش SPS چندمرحله‌اي در دما هاي مختلف و بررسي اثر افزودني‌هاي TiC و فيبركربن بر روي خواص مكانيكي بود. لذا ريزساختار و خواص مكانيكي از دماي 1600 تا 1900 درجه سانتي‌گراد و فشار MPa 30 و اثر افزودني TiC در مقادير حجمي 5%، 10% و 15% و فيبر كربن در مقادير 4% و 8% حجمي بررسي شد. جهت مخلوط كردن اجزاء كامپوزيت از آسياب سياره‌اي در محيط تر با نسبت پودر به گلوله 1:5، كاپ پلي‌اتيلن و گلوله زيركونيا با قطر 1 و 2 سانتي‌متر با سرعت rpm 250 به مدت 2 ساعت استفاده شد. افزودن TiC تا 10% حجمي به كامپوزيت ZrB2-20 vol% SiC و زينتر آن در دماي 1800 درجه سانتي¬گراد و زمان ماند 5 دقيقه، به دليل تشكيل محلول جامد (Zr,Ti)B2 و (Ti,Zr)C در زمينه و واكنش با اكسيدهاي سطحي پودر ZrB2 نظير ZrO2 و B2O3 منجر به افزايش 15% چگالي نسبي و بهبود خواص مكانيكي شامل سختي (14%)، مدول الاستيك (%12)، استحكام شكست (20%) و چقرمگي شكست (8%) شد؛ اما استفاده از 15% حجمي TiC در اين كامپوزيت منجر به كاهش سختي (14%)، مدول الاستيك (%12)، استحكام شكست (20%) و چقرمگي شكست (8%) در كامپوزيت ZrB2- 20 vol% SiC – 15 vol% TiC نسبت به كامپوزيت ZrB2- 20 vol% SiC – 10 vol% TiC شد. مقايسه نتايج اين پژوهش نسبت به تحقيقات قبل نشان داد استفاده از SPS چندمرحله‌اي به جاي SPS تك‌ مرحله‌اي موجب كاهش دما و زمان ماند جهت رسيدن به تراكم بالاي 99% شد. همچنين مشاهده شد افزودن فيبر كربن به ميزان 4% و 8% حجمي به كامپوزيت ZrB2- 20 vol% SiC – 10 vol% TiC و زينتر آن در دما 1800 درجه سانتي‌گراد به ترتيب موجب كاهش 7% و 11% چگالي نسبي و همچنين موجب عدم اتصال ذرات تشكيل‌دهنده كامپوزيت به يكديگر شد. علاوه بر اين افزودن 4% حجمي فيبر كربن به كامپوزيت ZrB2-20 vol% SiC- 10 vol% TiC موجب كاهش خواص مكانيكي شامل سختي (30%)، استحكام خمشي (27%) ، مدول الاستيك (23%) و چقرمگي (15%) شد.

224565

شناسايي و انتخاب مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان