تاثیر افزودن نانو گرافیت بر سختی و چقرمگی شکست کامپوزیت‌های zrb2-sic ساخته شده به روش تفجوشی پلاسمای جرقه‌ای

کامپوزیت های دما بالای دی بورید زیرکونیمکاربید سیلیسیم به روش تفجوشی پلاسمای جرقه ای و با افزودن مقادیر مختلف نانو ورقه های گرافیت (0، 2/5، 5، 7/5 و 10 درصد وزنی) ساخته شدند. تفجوشی نمونه ها در دمای 1900 درجه سانتی گراد به مدت زمان 7 دقیقه در محیط خلاء و با اعمال فشار بیرونی 40 مگاپاسکال به انجام رسید. تاثیر نانو ورقه های گرافیتی بر سختی و چقرمگی شکست نمونه ها بررسی و تحلیل شد. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش میزان افزودنی نانو گرافیت، سختی کامپوزیت ها کمابیش به صورت خطی از 5/19 گیگاپاسکال برای نمونه فاقد افزودنی به 1/12 گیگاپاسکال برای نمونه تقویت شده با 10 درصد وزنی نانو گرافیت کاهش یافت. عکس این روند درباره چقرمگی شکست نمونه ها دیده شد به گونه ای که از 4/3 مگاپاسکال جذر متر در نمونه فاقد افزودنی به 8/2 مگاپاسکال جذر متر برای کامپوزیت دارای 7/5 درصد وزنی نانو گرافیت افزایش یافت. افت سختی نمونه ها با افزایش مقدار نانو گرافیت به نرمی ذاتی این ماده نسبت داده شد ولی ارتقای چشمگیر چقرمگی شکست با افزوده شدن این نانو ماده، به فعال شدن سازوکارهای گوناگون چقرمه شدن مرتبط بود.

Influence of nano-graphite addition on hardness and fracture toughness of ZrB2-SiC composites fabricated by spark plasma sintering

ZrB2 SiCbased ultrahigh temperature composites were fabricated by spark plasma sintering and reinforced with different amount of graphite nanoflakes (0, 2.5, 5, 7.5 and 10 wt%). Sintering process was performed at a temperature of 1900 deg;C for a dwell time of 7 min under an applied pressure of 40 MPa in a vacuum atmosphere. The effect of graphite nanoflake on the hardness and fracture toughness of samples were studied. The results showed that with increasing the nanographite content, the hardness of composites linearly decreased from 19.5 GPa for the graphitefree sample to 12.1 GPa for the composite reinforced with 10 wt% nanographite. An inverse trend was observed for the fracture toughness of ceramics, as it was increased from 4.3 MPa.m1/2 for the graphitefree sample to 8.2 MPa.m1/2 for the 7.5 wt% nanographite doped composite. The drop in hardness values, with increasing the nanographite content, was related to the intrinsic softness of graphite phase. However, an obvious enhancement in the fracture toughness values due to the addition of more graphite nanoflakes was attributed to the activation of several toughening mechanisms in such materials.