تاثير افزودن ذرات ورقه اي شكل بر ويژگي هاي كامپوزيت هاي پايه ZrB2-SiC

The effect of flaky particles addition on the properties of ZrB2-SiC base composites

در ميان سراميك هاي فوق دما بالا، دي بوريد زيركونيم (ZrB2) به سبب ويژگي‌هاي ساختاري، فيزيكي، ترموديناميكي خاص و چگالي پايين توجه زيادي را براي استفاده در كاربردهاي دما بالا به خود جلب كرده است. تاكنون تحقيقات بسيار زيادي بر روي بهبود چگالش و خواص مكانيكي سراميك هاي پايه ZrB2 انجام گرفته است. با توجه به شرايط و محيط كاربرد اين نوع از سراميك ها، نياز به مقاومت بالا در برابر شوك حرارتي و مقاومت در برابر اكسيداسيون است. با وجود دماي ذوب بالاي سراميك‌هاي فوق دما بالا، مقاومت در برابر ضربه و شوك حرارتي آنها ضعيف بوده و موجب شكست ترد و ناگهاني اين بدنه ها مي شود. از اين رو، امروزه محققان بر روي بهبود چقرمگي شكست و افزايش مقاومت در برابر شوك حرارتي متمركز شده اند. از اين رو، در اين پژوهش، كامپوزيت هاي ZrB2-SiC با 0 تا 35 درصد حجمي ذرات ورقه اي شكل گرافيت و نيتريد بور به روش پرس گرم در دماي ºC 1800 به مدت 60 دقيقه تحت فشارMPa 40 تهيه شدند و ويژگي هاي مكانيكي و ريزساختاري آنها مورد بررسي قرار گرفت. براي كامپوزيت هاي پرس گرم شده حاوي G و BN مقادير چگالي نسبي بالاي 96 درصد اندازه گيري شد. بالاترين استحكام خمشي براي كامپوزيت هاي حاوي G برابر MPa 366 و ميزان گرافيت 5/7 درصد حاصل شد در حالي كه براي كامپوزيت هاي حاوي BN برابر MPa 350 (5 درصد حجمي BN) اندازه گرفته شد. در كامپوزيت هاي مونوليتيك يكپارچه بالاترين چقرمگي شكست برابر MPa.m1/2 06/7 براي كامپوزيت حاوي 5 درصد حجمي BN اندازه گيري شد.

Among ultra-high temperature ceramics, zirconium diboride (ZrB2) has attracted a lot of attention for use in high temperature applications due to its special structural, physical, thermodynamic properties, and low density. So far, a lot of research has been done to improve the density and mechanical properties of ZrB2-based ceramics. According to the conditions and environment of application of this type of ceramics, there is a need for high thermal shock resistance and oxidation resistance. Despite the high melting point of ultra-high temperature ceramics, their impact resistance and thermal shock resistance are weak and cause brittle and sudden failure of these bodies. Hence, nowadays, researchers are focused on improving the fracture toughness and increasing the thermal shock resistance of these ceramics. Therefore, in this study, ZrB2-SiC composites with 0-35 vol% graphite and boron nitride flake particles were prepared by hot pressing at 1800 ºC for 60 min under a pressure of 40 MPa, and their mechanical and microstructural characteristics were evaluated. Relative density values ​​of more than 96% were measured for hot pressed composites containing G and BN. The highest flexural strength was obtained for the composites containing G equal to 366 MPa and graphite content of 7.5%, while for composites containing BN it was measured as 350 MPa (5 vol% BN). For the monolithic composites, the highest fracture toughness was measured as equal to 7.06 MPa.m1/2 for the composites containing 5 vol% BN.