ساخت و بررسی ریزساختاری سرامیک‌های پایه TiB2 با افزودنی‌های SiC و Si3N4

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آموزشی مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی،دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 گروه آموزشی مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل،ایران

3 دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

4 گروه آموزشی مهندسی مکانیک،دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی،اردبیل،ایران

چکیده

در این پژوهش، چهار نمونه سرامیکی فوق دما بالای پایه دی‌بورید تیتانیم یعنی نمونه‌های بدون افزودنی، دارای نیترید سیلیسیم (5 درصد وزنی)، دارای کاربید سیلیسیم (20 درصد حجمی) و دارای هر دو افزودنی نیترید و کاربید سیلیسیم به روش تفجوشی پلاسمای جرقه‌ای (SPS) در دمای 1900 درجه سانتی‌گراد به مدت 7 دقیقه با فشار 40 مگاپاسکال ساخته شد. ریزساختار کامپوزیت‌های پایه TiB2 به خاطر افزودن SiC و Si3N4 تحت تاثیر قرار گرفت و چگالی نسبی و قابلیت تفجوشی نمونه‌ها بهبود قابل توجهی پیدا کرد. از آنالیز‌های فازی (XRD)، میکروسکوپی (SEM) و شیمیایی (EDS) و همچنین آزمون چگالی‌سنجی برای مشخصه‌یابی استفاده شد. طبق این آنالیز‌ها فازهای TiN، SiO2 و نانو ورقه BN در نمونه‌های TiB2-SiC-Si3N4 و TiB2-Si3N4 به خاطر واکنش شیمیایی SiC و Si3N4 با ناخالصی‌های اکسیدی سطح ذرات TiB2 (B2O3 و TiO2) تشکیل یافت. زدودن لایه‌های اکسیدی مضر و تشکیل فاز‌های ثانویه مختلف سبب جلوگیری از رشد دانه‌های زمینه TiB2 و همچنین تکامل ریزساختاری و فازی سرامیک‌های پایه TiB2 شد. افزون بر این، قابلیت تفجوشی پذیری با ساز و کار تفجوشی فاز مایع در نتیجه تشکیل فاز مایع SiO2 به هنگام فرآیند تفجوشی افزایش پیدا کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Fabrication and microstructural study of TiB2-based ceramics with SiC and Si3N4 additives

نویسندگان [English]

  • mohammad dashti germi 1
  • zahra hamidzadeh mahaseni 2
  • zohre ahmadi 3
  • mehdi shahedi asl 4
1 department of mechanical engineering, faculty of engineering,university of mohaghegh ardabili,ardabil,iran
2 department of mechanical engineering, faculty of engineering, university of mohaghegh ardabili,ardabil,iran
3 university of mohaghegh ardabili.ardabil.iran
4 department of mechanical engineering, faculty of engineering, university of mohaghegh ardabili, ardabil, iran
چکیده [English]

In this research, four titanium diboride based ultra-high temperature ceramics: monolithic TiB2 (additive free), TiB2-5 wt% Si3N4, TiB2-20 vol% SiC and TiB2-20 vol% SiC-5 wt% Si3N4 samples were fabricated by spark plasma sintering process at 1900 °C for 7 min under 40 MPa. The microstructures of TiB2-based composites were affected by the introduction of SiC and Si3N4 additives as the relative densities and sinterability of the samples significantly improved. The XRD, SEM and EDS analyses as well as density measurements were employed as the characterization methods. Based on these analyses, the in-situ formation of TiN, SiO2 and BN nano-platelets in the TiB2-Si3N4 and TiB2-SiC-Si3N4 samples, due to the chemical reaction of SiC and Si3N4 with the surface oxide impurities of TiB2 particles (TiO2 and B2O3) was verified. The elimination of such harmful oxide films and the in-situ formation of several secondary phases led to the prevention of fanatic grain growth of TiB2 matrix and microstructural development and phase evolution of TiB2-based ceramics. In addition, the sinterability of samples increased via liquid phase sintering mechanism as a result of formation of molten SiO2 during the sintering process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sintering
  • TiB2
  • SIC
  • Si3N4
  • Microstructure