بررسی اثر افزودنی tic بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت سرامیکی فوق دما بالا پایه zrb2-sic به روش تف جوشی پلاسمای جرقه‌ای چند مرحله‌ای

این پژوهش به بررسی ساخت و ویژگی‌های کامپوزیت سرامیکی فوق دما بالا zrb2-20 vol% sic با استفاده از روش تف‌جوشی پلاسمای جرقه‌ای با تکنیک چندمرحله‌ای می‌پردازد. تف‌جوشی zrb2 به علت ماهیّت کووالانسی و دمای بالای تف‌جوشی با چالش‌هایی همراه است. افزودن sic تا حداکثر 20 درصد حجمی بهبود قابل توجهی در فرایند تف‌جوشی و خواص مکانیکی کامپوزیت پایه zrb2 نشان داده است. بنابراین، تاثیر افزودن tic در محدوده صفر تا پانزده درصد حجمی بر ریزساختار و خواص مکانیکی این کامپوزیت در دمای 1800 درجه سانتی‌گراد و فشار 30 مگاپاسکال مورد بررسی قرار گرفت .نتایج نشان داد که فرایند تف‌جوشی و اتصال ذرات از دمای 1600 درجه سانتی‌‌گراد آغاز شده و تا دمای 1800 درجه سانتی‌گراد ادامه می‌یابد و در این دما تراکم از طریق نفوذ مرزدانه‌ای کنترل می‌شود. افزودن tic تا 10 درصد حجمی به کامپوزیت zrb2-sic و تف‌جوشی آن در دمای ℃ 1800 و زمان ماند 5 دقیقه باعث تشکیل محلول جامد (zr,ti)b2 و (ti,zr)c در زمینه و واکنش با اکسیدهای سطحی پودر zrb2 نظیر zro2 و b2o3 شد. این تغییرات منجر به افزایش 15 درصدی چگالی نسبی و بهبود خواص مکانیکی شامل سختی (14 درصد)، مدول الاستیک (12 درصد)، استحکام شکست (20 درصد) و چقرمگی شکست (8 درصد) شدند. با این‌حال، با افزایش درصد حجمی tic از 10 به 15 درصد، کاهش محسوسی در خواص مکانیکی و اندازه بلورک‌های کامپوزیت مشاهده شد.

an investigation on the effect of tic additive on the microstructural and mechanical properties of ultra-high temperature zrb2-sic-based ceramic composite by multi-step spark plasma sintering method

this study investigates the fabrication and characterization of an ultra-high temperature ceramic composite based on zrb2-20 vol. % sic using the spark plasma sintering method with a multi-step technique. sintering of zrb2 poses challenges due to its covalent nature and high sintering temperature. adding up to 20 vol. % sic has shown significant improvement in the sintering process and mechanical properties of the zrb2-based composite. therefore, the effect of adding tic in the range of 0 to 15 vol. % on the microstructural and mechanical properties of the composite was investigated at a temperature of 1800°c and a pressure of 30 mpa. the results indicated that the sintering process and particle bonding start at a temperature of 1600°c and continue up to 1800°c, with densification being controlled by grain boundary diffusion at this temperature. adding up to 10 vol. % tic to the zrb2-sic composite and sintering at 1800°c for 5 minutes resulted in the formation of (zr,ti)b2 and (ti,zr)c solid solutions in the matrix and reactions with surface oxides of zrb2 powder such as zro2 and b2o3. these changes led to a 15% increase in relative density and improvements in mechanical properties, including hardness (14%), elastic modulus (12%), fracture strength (20%), and fracture toughness (8%). however, increasing the tic content from 10 to 15 vol. % resulted in a noticeable decline in the mechanical properties and crystallite size of the composite.