اثر افزودن ریزدانه‌های مزوفاز کربنی (mcmb) بر ریزساختار، خواص مکانیکی و ضریب اصطکاک کامپوزیت‌های mcmb-cf/sic تهیه شده به‌روش تف‌جوشی پلاسمای جرقه‌ای

مقدمه و اهداف: هدف از پژوهش حاضر، بررسی اثر افزودن ریزدانه‌های کربنی مزوفاز (mcmb) بر ریزساختار، خواص مکانیکی و ضریب اصطکاک کامپوزیت‌های mcmb-cf/sic تولید شده به روش تف‌جوشی پلاسمای جرقه‌ای است.مواد و روش‌ها: پودر نانوکامپوزیت کاربید سیلیکون تقویت‌شده با الیاف کربن 20 درصد وزنی و درصدهای مختلف mcmb تهیه شد. نمونه‌های دیسکی با استفاده از فرایند تف‌جوشی پلاسمای جرقه‌ای تهیه شد. اثر افزودن درصدهای مختلف mcmb بر چگالی، ضریب اصطکاک، چقرمگی شکست، مقاومت خمشی و میکروسختی نمونه‌ها بررسی شد.یافته‌ها: نتایج نشان داد با افزایش محتوای mcmb از 0/1 به 1 درصد وزنی، چگالی نمونه‌های زینترشده از 93/1 درصد به 89/8 درصد چگالی نظری، به دلیل تخلخل بیشتر نمونه، کاهش یافت. همچنین با افزایش محتوای mcmb، ضریب اصطکاک از 0/54 به 0/48 کاهش یافت که دلیل آن بیشتر بودن محتوای گرافیت در درصد وزنی mcmb بیشتر بود. سختی نمونه‌های تف‌جوشی‌شده با ماتریس نانوذرات کاربید سیلیکون نیز از 1095 به 1510 ویکرز به دلیل چگالی بیشتر و تخلخل کمتر نمونه با کاهش محتوای mcmb از 1 به 0/1 درصد وزنی افزایش یافت. چقرمگی شکست و استحکام خمشی نمونه‌های mcmb-cf/sic به‌ترتیب از 3/47 به mpa.m1/2 5/96 و 72/9 به mpa 138/7 افزایش یافت.نتیجه‌گیری: نمونه mcmb-cf/sic حاوی یک درصد وزنی mcmb، نزدیک‌ترین خواص را به خواص دیسک‌های ترمز بادی دارد. دانسیته نمونه‌های سینتر شده یک درصد وزنی mcmb به‌عنوان 93/1 درصد چگالی نظری به‌دست آمد. ضریب اصطکاک این نمونه‌ها 0/48 بود که نزدیک‌ترین ضریب اصطکاک موردنیاز برای ترمزهای بادی (0/4) را داشت.

the effect of addition of mesocarbon microbeads (mcmb) on the microstructure, mechanical properties, and friction coefficient of mcmb-cf/sic composites prepared by spark plasma sintering method

introduction and objective: the aim of this study is to investigate the effect of addition of mesophase carbon microbeads (mcmb) on the microstructure, mechanical properties, and friction coefficient of mcmb-cf/sic composites prepared by spark plasma sintering.materials and methods: silicon carbide nanocomposite powder reinforced with 20 wt. % carbon fibers and different percentages of mcmb was prepared. disk-shaped samples were prepared using spark plasma sintering (sps). the effect of addition of different percentages of mcmb on the density, friction coefficient, fracture toughness, flexural strength, and microhardness of the samples was investigated.results: the results showed that by increasing the mcmb content from 0.1 to 1 wt. %, the density of the sintered samples decreased from 93.1% to 89.8% of the theoretical density due to the higher porosity of this sample. also, the friction coefficient decreased from 0.54 to 0.48 with increasing mcmb content due to the higher graphite content in higher mcmb weight percent. the hardness of the sintered samples with silicon carbide nanoparticles matrix also increased from 1095 to 1510 vickers due to the higher density and lower porosity of sample with decreasing mcmb content from 1 to 0.1 wt.%. the fracture toughness and flexural strength of mcmb-cf/sic samples increased from 3.47 to 5.96 mpa.m1/2 and 72.9 to 138.7 mpa, respectively.conclusion: it was found that the mcmb-cf/sic sample containing 1 wt. % of mcmb has the closest properties to the properties of air brake discs. the densities of the sps-sintered samples containing 1 wt. % of mcmb were obtained as 93.1% of theoretical density. the friction coefficient of these samples was obtained to be 0.48, which had the closest friction coefficient to that required for air brakes (0.4).