بررسي تاثير افزودنيهاي آهن و گرافيت بر ريزساختار و رفتار زينترينگ كامپوزيتهاي ZrB2

Investigation of the effect of iron and graphite additives on the microstructure and sintering behavior of ZrB2 composites

زيركونيوم دي­بورايد (ZrB2) يكي از سراميك­هاي فوق دما بالا (UHTC) است. تعدادي از كاربيدها و نيتريدهاي گروه IVB و VB فلزات واسطه نيز به علت داشتن دماي ذوب بالاتر از Cº3000 و بعضي خواص ديگر در اين گروه جاي مي­گيرند. تعداد كمي از عناصر يا تركيبات سراميكي هستند كه نقطه ذوبشان به Cº3000 ميرسد. نياز به سراميك­هاي دي­بورايدي چگال در صنايع مختلف باعث شده كه تلاش قابل توجهي براي چگالش پودر دي­بورايدهاي تجاري و در ­دسترس صورت گيرد. براي اين منظور افزودني­هاي فلزي و كمك زينترهاي فاز مايع براي تسهيل چگالش و در نتيجه ساخت كامپوزيتهايي بر پايه ZrB2مورد استفاده قرار مي گيرند. بنابراين، مهمترين پيشرفت در چگالش دي­بورايدها رسيدن به بيشترين دانسيته با كمترين مقدار فاز ثانويه است زيرا اين فازها ممكن است خواص دما بالاي قطعه را تضغيف كنند. در اين پژوهش اثر افزودني آهن و گرافيت با درصدهاي مختلف بر زينترينگ كامپوزيتهاي حاصل بر پايه ي ZrB2 توسط كوره هاي عمليات حرارتي براي بدست آوردن ماكزيمم دانسيته مورد بررسي قرار گرفت و درصد بهينه فاز ثانويه مورد بررسي قرار گرفت. علاوه بر دانسيته، ريزساختار نمونه ها با استفاده از SEM وXRD و همچنين خواص مكانيكي كامپوزيتهاي حاصل به كمك تستهاي خواص مكانيكي شامل سختي سنجي، تافنس با رشد ترك، استحكام فشاري و... مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان مي دهد كه در اثر افزودن مقدار بهينه از عناصر فلزي مذكور مي توانيم به دانسيته بالاي 95% در دماي Cº2000 برسيم.

Zirconium diboride (ZrB2) is an Ultra high temperature ceramics (UHTC). A number of carbides and nitrides of group IVB and VB of intermediate metals are also included in this group due to their melting temperature higher than 3000 ºC and some other properties. There are a small number of ceramic elements or compounds whose melting point reaches 3000 ºC. The need for dense de-booride ceramics in various industries has led to a significant effort to condense commercially available de- diboride powder. For this purpose, metal additives and liquid phase sintering aids are used to facilitate condensation and thus to make ZrB2-based composites. Therefore, the most important improvement in the density of diborides is to reach the highest density with the least amount of secondary phase because these phases may attenuate the high temperature properties of the part. In this study, the effect of iron and graphite additives with different percentages on the sintering of ZrB2 based composites by heat treatment furnaces was investigated to obtain the maximum density and the optimal percentage of the secondary phase was investigated. In addition to density, the microstructure of the samples was investigated using SEM and XRD as well as the mechanical properties of the resulting composites with the help of mechanical properties tests including hardness, toughness with crack growth, compressive strength, etc. The results show that by adding the optimal amount of these metal elements, we can reach a density above 95% at a temperature of 2000 ºC.