تاثير افزودن ويسكر AlN بر رفتار سينتر بدون فشار كامپوزيت ZrB2-SiC

The effect of AlN whiskers addition on pressureless sintering behavior of ZrB2-SiC composite

براي بهبود خواص سينتري و مكانيكي كامپوزيت هاي بر پايه ZrB2 به آن SiC، MoSi2 و AlN افزوده مي شود. در اين تحقيق فرمولاسيون پايه حاوي ZrB2 ميكروني، SiC نانومتري (20% حجمي) و كمك سينتر MoSi2 (چهار درصد وزني) بود كه به آن مقادير مختلف AlN ويسكري (%10-0 حجمي) افزوده شد. شكل دهي نمونه ها با پرس تك محوره و سپس پرس ايزواستايك سرد (CIP) با فشار MPa 20 انجام شد. سينتر نمونه ها در دماي C°2100 به مدت يك ساعت و با سرعت گرمايش C/min°10 در اتمسفر خلاء انجام گرديد و سپس نمونه هاي حاصل از نظر دانسيته، تخلخل، سختي، چقرمگي، ريزساختار و آناليز فازي مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج نشان داد كه بهترين ميزان درصد افزودني AlN ويسكري در اين كامپوزيت ها %5/ 7 حجمي بود كه دانسيته نسبي (%96/3)، درصد تخلخل باز (%1)، ميكروسختي ويكرز (GPa 18/5) و چقرمگي شكست (MPa.m1/2 4/37) در نمونه ايجاد كرد. نتايج ريز ساختاري با ميكروسكوپ الكتروني (SEM+EDS) و پراش اشعه ايكس (XRD) نمايشگر ايجاد محلول جامد مابين سطوح SiC و AlN و همچنين تشكيل فاز جزئي Zr2Al3C4 در دماي سينتر بود كه در بهبود خواص ذكر شده موثر مي باشد.

ZrB2 base composites containing SiC، MoSi2 and AlN have good sinterability and mechanical properties. In this study، 20 vol% nanometric SiC and 4wt% micrometric MoSi2 with different amount of AlN whiskers (0-10%vol) added to ZrB2. After mixing، composite samples were formed by cold isostatic press (CIP) with 200MPa pressure، and then samples were fired at 2100°C/1hr in Ar atmosphere with heating rate of 10°C/min. After firing bulk density، open porosity، microhardness، toughness، microstructural and phase analysis were determined. The results showed that optimum properties obtained at 7.5%vol AlN whiskers with relative density (96.3%)، open porosity (1%vol)، Vickers hardness (18.5 GPa) and fracture toughness (4.37 MPa.1/2). The SEM+EDS and XRD analysis showed that SiC and AlN solid solution and formation of Zr2Al3C4 phases due to probably high vapour pressure of AlN at 2100°C were promoted sintering and improvement of properties of composites.