بررسي تأثير ذرات كاربيد سيلسيم نانو و زيرميكرون بر ريزساختار و مقاومت به اكسيداسيون كامپوزيت HfB2-SiC

Investigation of nano and submicron silicon carbide particles on microstructure and oxidation resistance of HfB2-SiC composite

سراميك‌هاي فوق دمابالا، خانواده­اي از مواد در گروه چهارم و پنجم جدول تناوبي هستند كه با توجه به خصوصيات فوق‌العاده ازجمله سختي، هدايت حرارتي، پايداري شيمايي و نقطه ذوب بالا در كاربردهاي دمابالا بكار گرفته‌شده‌اند. از بين ديبوريد فلزات انتقالي، ديبوريد هافنيوم و ديبوريد زيركونيم به‌عنوان مناسب‌ترين انتخاب براي كاربردهاي دمابالا مانند كلاهك موشك، لبه‌هاي هدايت‌كننده تيز، تيغه‌ها و اهداف مشابه براي استفاده در جنگنده‌هاي سريع يا نسل‌هاي آيندة آن‌ها، شناسايي‌شده‌اند. در سال­هاي اخير دي­بوريد هافنيوم با توجه ‌به نقطه ذوب، هدايت حرارتي و پايداري شيميايي بالاتر نسبت به دي­بوريد زيركونيم موردتوجه پژوهشگران قرارگرفته است. در اين پژوهش كامپوزيت SiC vol%20HfB2- با استفاده از كاربيدسيلسيم در دو اندازه نانو و زيرميكرون به روش سينترينگ پلاسماي جرقه­اي در دماي°C 1900 در فشار MPa40 به مدت 5 دقيقه تهيه شدند. بعد از آماده‌سازي كامپوزيت­ها ريزساختار، خواص مكانيكي و مقاومت به اكسيداسيون آن‌ها موردبررسي قرار گرفت. نتايج حاصل از كامپوزيت­ها نشان داد با كاهش اندازه ذرات كاربيد سيلسيم كاهش در تخلخل و افزايش در دانسيته كامپوزيت­ها رخ داد. همچنين با كاهش اندازه ذرات كاربيد سيلسيم سختي از GPa 33/23 به 28/24 و استحكام خمشي از MPa 25/394 به 88/424 افزايش يافت. بررسي آزمون اكسيداسيون كامپوزيت­ها در دماي °C 1400 به مدت 32 ساعت نشان داد با كاهش اندازه ذرات كاربيدسيلسيم مقاومت به اكسيداسيون افزايش و كامپوزيت­هاي HfB2-SiC رفتار پارابوليك داشت.

Ultra high temperature ceramics are a family of materials in the fourth and fifth groups of the periodic table, which have been used in high temperature applications due to their extraordinary properties such as hardness, thermal conductivity, chemical stability and high melting point. Among dibordides, HfB2, and ZrB2 have been identified as the most suitable options for high temperature applications such as missile warheads, sharp-edged edges, blades, and similar targets for use in fast fighters or future generations. In recent years, HfB2 has attracted the attention of researchers due to its high melting point, high thermal conductivity and higher chemical stability than ZrB2. In this study, HfB2-20 vol%SiC composite was prepared using silicon carbide in both nano and submicron sizes by spark plasma sintering at 1900 ° C at a pressure of 40 MPa for 15 minutes. After preparing the composites, their microstructure, mechanical properties and oxidation resistance were investigated. The results showed that by reducing the particle size of silicon carbide, the porosity decreased and the density of the composites increased. Also, with decreasing silicon carbide particle size, hardness increased from 23.33 GPa to 24.28 and flexural strength from 394.25 MPa to 424.88. The oxidation test of the composites at 1400 ° C for 32 hours showed that by decreasing the particle size of silicon carbide, the weight gain in the samples decreased and as a result, the oxidation resistance of the composites increased. Investigation of oxidation kinetics showed that HfB2-SiC composites had parabolic behavior.