تف‌جوشی پلاسمای جرقه‌ای سرامیک ZrB2 تقویت‌شده با SiC ذره‌ای و ویسکر

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 3، دوره 32، شماره 1 - شماره پیاپی 23، اسفند 1399، صفحه 33-44   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ma.v31i1.74355

نویسندگان

مهدی شاهدی اصل^{* 1}؛ زهره احمدی²

¹گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل.

²عضو بنیاد پژوهشگران دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل.

چکیده

تأثیر مورفولوژی‌ فاز ثانویه کاربید سیلیسیم بر چگالش و خواص مکانیکی کامپوزیت‌های فوق دمابالای دی‌بورید زیرکونیم بررسی شد. سرامیک دی‌بورید زیرکونیم خالص (به‌عنوان نمونه شاهد) و کامپوزیت‌های دی‌بورید زیرکونیم تقویت‌شده با 25 درصد حجمی کاربید سیلیسیم در مورفولوژی‌های متفاوت (ذره‌ای، ویسکر و مخلوط) به‌روش تف‌جوشی پلاسمای جرقه‌ای تولید شد. فرایند تف‌جوشی در دمای 1900 درجه سانتی‌‌گراد به‌مدت 7 دقیقه با فشار 40 مگاپاسکال انجام شد. چگالی نسبی نمونه شاهد حدود 96 درصد به‌دست آمد، ولی نمونه‌های کامپوزیتی به چگالی نظری رسیدند. سختی و چقرمگی شکست نمونه‌های تقویت‌شده با کاربید سیلیسیم بیشتر از نمونۀ شاهد سرامیکی حاصل شد. افزودن توأمان ذرات و ویسکرهای کاربید سیلیسیم، اثرگذاری بهتری در ارتقای خواص مکانیکی کامپوزیت داشت.

کلیدواژه‌ها

دی‌بورید زیرکونیم؛ کاربید سیلیسیم؛ مورفولوژی؛ چگالش؛ خواص مکانیکی

سایر فایل های مرتبط با مقاله

3-shahedi.pdf

مراجع

1.    Kaufman, L. and Clougherty, E.V., "Investigation of boride compounds for very high temperature applications", RTD-TRD-N69-73497, Part XXXVII, ManLabs Inc., Cambridge, MA, (1963).

2.    Clougherty, E. V., Kalish, D. and Peters, E. T., "Research and development of refractory oxidaton resistant diborides", RTD-TRD-N63-4096, Part III, ManLabs Inc., Cambridge, MA, (1966).

3.    Gangler, J., "NASA research on refractory compounds", High Temp. High Press, Vol. 3, pp. 487-502, (1971).

4.    Cutler, R. A., "Engineering properties of borides, in Engineered materials handbook", Materials Park, OH, ASM International, Vol. 4, pp. 787-801, (1991).

5.    Mroz, C., "Annual mineral review; Zirconium diboride", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 74, pp. 165-166, (1995).

6.    Gasch, M. J., Ellerby, D. T. and Johnson, S. M., "Ultra High Temperature Ceramic Composites", in Handbook of Ceramic Composites, Edited by N. P. Bansal. Kluwer Academic Publishers, Boston, pp. 198-199, (2005).

7.    Monteverde, F., Bellosi, A. and Scatteia, L., "Processing and properties of ultra high temperature ceramics for space applications", Materials Science and Engineering, Vol. 485, No. 1-2, pp. 415-421, (2008).

8.    Chamberlain, A. L., Fahrenholtz, W. G., Hilmas, G. E. and Ellerby, D. T., "High-strength zirconium diboride-based ceramics", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 87, No. 6, pp. 1170-1172, (2004).

9.    Henderson, S., Fehrenholtz, W. G., Hilmas, G. E. and Marschail, J., "High-velocity impact resistance of ZrB2-SiC, in Mechanical Properties and Performance of Engineering Ceramics II", Ceramic Engineering and Science Proceedings, Vol. 27, pp. 3-10, (2008).

10. Zhang, H., Yan, Y., Liu, X. and Jiang, D., "Properties of ZrB2–SiC Ceramics by pressureless sintering", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 92, No. 7, pp. 1599-1602, (2009).

11. Tripp, W. C., Davis, H. H. and Graham, H. C., "Effect of an SiC addition on the oxidation of ZrB2", American Ceramic Society Bulletin, Vol. 52, No. 8, pp. 612-616, (1973).

12. Fahrenholtz, W. G., Hilmas, G. E., Talmy, I. G. and Zaykoski, J. A., "Refractory Diborides of Zirconium and Hafnium", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 90, No. 5, pp. 1347-1364, (2007).

13. Loehman, R., Corral, E., Dumm, H. P., Kotula, P. and Tandon, R., "Ultrahigh temperature ceramics for hypersonic vehicle applications", Sandia National Laboratories Report, California, pp. 2006–2925 (2006).

14. Shugart,  K. and Opila E., " SiC Depletion in ZrB2–30 vol% SiC at Ultrahigh Temperatures", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 98, No. 5, pp. 1673-1683, (2015).

15. Guo, S. Q., "Densification of ZrB2-based composites and their mechanical and physical properties: A review", Journal of the European Ceramic Society, Vol. 29, No. 6, pp. 995-1011, (2009).

16. Liu, Q., Han, W., Zhang, X., Wang, S. and Han, J., "Microstructure and mechanical properties of ZrB₂-SiC composites", Materials Letters, Vol. 63, pp. 1323-1325, (2009).

17. Cao, M., Wang, S. and Han, W., "Influence of nanosized SiC particle on the fracture toughness of ZrB₂-based nanocomposite", Materials Science and Engineering A, Vol. 527, pp. 2925–2928, (2010).

18. Silvestroni, L., Sciti, D., Melandri, C., Guicciardi, S., "Toughened ZrB2-based ceramics through SiC whisker or SiC chopped fiber additions", Journal of the European Ceramic Society, Vol. 30, pp. 2155–2164, (2010).

19. Zhang, X., Xu, L., Du, S., Han, W. and Han, J., "Crack-healing behavior of zirconium diboride composite reinforced with silicon carbide whiskers", Scripta Materialia, Vol. 59, pp. 1222–1225, (2008).

20. Zhang, P., Hu, P., Zhang, X., Han, J. and Meng, S., "Processing and characterization of ZrB2–SiCw ultra-high temperature ceramics", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 472, pp. 358–362, (2009).

21. Xiao, K., Guo, Q., Liu, Z., Zhao, S. and Liu, L., "Microstructure and mechanical properties of silicon carbide monofilament reinforced zirconium diboride matrix composites", Ceramics International, Vol. 39, pp. 2107-2110, (2013).

22. Hulbert, D. M., Jiang, D., Dudina, D. V. and Mukeherjee, A. K., "The synthesis and consolidation of hard materials by spark plasma sintering", International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 27, No. 2, pp. 367-375, (2009).

23. Bellosi, A., Monteverde, F. and Sciti, D., "Fast densification of ultra‐high‐temperature ceramics by spark plasma sintering", International Journal of Applied Ceramic Technology, Vol. 3, No. 1, pp. 32-40, (2006).

24. Pazhouhanfar, Y., Sabahi Namini, A., Shaddel, S., Ahmadi, Z. and Shahedi Asl, M., "Combined role of SiC particles and SiC whiskers on the characteristics of spark plasma sintered ZrB2 ceramics", Ceramics International, Vol. 46, pp. 5773-5778, (2020).