بررسي تاثير همزمان ذرات كاربيد سيليسيم نانو و ميكرون بر خواص ريزساختاري و رفتار مكانيكي كامپوزيت بر پايه ديبوريد زيركونيم تقويت شده با نيتريد آلومينيم

Investigation on microstructure, mechanical properties and pressureless sintering behavior of ZrB2-SiCnano/micron composites toughened by AlN

در اين تحقيق، تف جوشي نانوكامپوزيت ZrB2-SiC به روش تف جوشي بدون فشار بررسي گرديد. از پودر AlN در مقياس ميكرون به عنوان تقويت كننده استفاده شد. به منظور بررسي تاثير حضور همزمان ذرات SiC نانو و ميكرون ابتدا پودر ZrB2 به همراه درصدهاي مختلف از SiC نانو و ميكرون در آسياب سياره اي با به مدت 2 ساعت با سرعت rpm200 آسياب شدند. مخلوط حاصل ابتدا توسط پرس تك محوري در دماي oC80و فشار MPa100 پرس گرديد و سپس تحت فرآيند پرس ايزواستاتيك سرد (CIP) قرار گرفته و در دماي 2150 درجه سانتيگراد در اتمسفر آرگون زينتر شد. به منظور تعيين نسبت بهينه SiC نانو به ميكرون، چگالي نسبي، سختي و چقرمگي نمونه ها اندازه گيري شد. سپس ذرات AlN به كامپوزيت ZrB2-SiC اضافه شده و ريزساختار و خواص مكانيكي آن مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل شده از تمامي نمونه ها در تركيبات مختلف نشان مي دهند كه با تغيير درصد حجمي SiC نانو از 20 درصد حجمي نانو به 15 درصد نانو و 5 درصد ميكرون، كاهش در تخلخل و افزايش در چگالي نسبي (95/1) رخ مي دهد. با بررسي ريز ساختاري و اندازه گيري خواص مكانيكي نمونه ها بيشترين سختي و تافنس شكست نيز، در تركيب داراي به ترتيب 15 و 5 درصد حجمي SiC نانو و ميكرون و با مقادير Gpa15/9 و Mpa.m1/2 4/9 مشاهده شد. با افزودن ذرات AlN چگالي نسبي به 98/1 درصد و مقادير سختي و چقرمگي شكست به GPa17/1 و Mpa.m1/2 5/7 افزايش يافت.

In the present paper، ZrB2-SiC was developed by pressureless sintering method and SiC powder at nano and micro-sized scale was used as reinforcement phase. AlN was added to this composite from 2.5 to 15 vol.% as sintering aid. In order to produce composite samples، the primary powders were milled and blended in planetary ball mill apparatus with rotational speed of 20orpm and then processed using uniaxial press (70ᵒC and 70MPa)، cold isostatic press (200MPa)، Pyrolysis (1000ᵒC) and sintering (2150ᵒC). The values of relative density and porosity of samples were measured to evaluate the effect of presence of micro-sized SiC and SiC nano particles simultaneously on the pressureless sintering behavior of ZrB2-SiC. In order to compare the microstructure and mechanical properties of samples Scanning Electron microscopy (SEM)، equipped with EDS spectroscopy، XRD analysis، hardness and toughness tests were used. The results show that as the volume percentage of nano SiC decreases to 15 vol.% and AlN increases to 7.5 vol.% the hardness، toughness، relative density and shrinkage initially increase and then decrease