سنتز سیالون آلفا – کاربید سیلیسیم کامپوزیتی سخت و چقرمه پایدار شده توسط کلسیم با استفاده از پیش ماده های نانو و زینتر اسپارک پلاسما

Synthesis of hard and tough calcium stabilized a-sialon/SiC ceramic composites using nano-sized precursors and spark plasma sintering

چکیده

سنتز کامپوزیت سرامیکی سیالون آلفا کلسیم تقویت شده با سیلیکون کارباید با استفاده از پیش ماده های نانو و زینتر اسپارک پلاسما در دمای ۱۵۰۰˚C برای مدت ۳۰ دقیقه با افزودن ۱۰ ۲۰ و ۳۰ درصد وزنی از ذرات SiC به زمینه سیالون انجام شد. تقریباً چگالش کامل برای تمام نمونه ها حاصل شد. توزیع یکنواخت ذرات فاز ثانویه در زمینه سیالون بدست آمد. اثر مقدار SiC بر روی خواص مکانیکی کامپوزیت های سرامیکی بررسی شد.

ترکیب فوق العاده ای از سختی و چقرمگی به ترتیب ۵۳/۲۴ GPa (HV10) و ۰/۱۱ MPam^۱/۲ برای کامپوزیت های دارای ۳۰ درصد وزنی SiC به دست آمد در حالی که سختی و چقرمگی شکست به ترتیب ۱/۲۱ GPa (HV10) و ۳/۷ MPam^۱/۲ برای سرامیک یکپارچه (مونولیتیک) سیالون آلفا حاصل شد. افزایش چقرمگی شکست مرتبط با مکانیسم‌های انحراف ترک، پل زنی ترک و خارج شدن دانه توسط ذرات یکنواخت توزیع شده SiC در نظر گرفته شد.

جهت دانلود ترجمه تخصصی و فارسی این مقاله می توانید وجه آنرا پرداخت نموده و بلافاصله دریافت نمایید.

ABSTRACT

Silicon carbide (SiC)-reinforced calcium (Ca)-a-sialon ceramic composites were synthesized using nanosized precursors and spark plasma sintering at 1500 C for 30 min by adding 10, 20 and 30 wt % of SiC particles into the sialon matrix. Almost complete densification was achieved for all processed samples. The second-phase SiC particles were found to be homogeneously dispersed in the a-sialon matrix.

The effect of the amount of loaded SiC on the mechanical properties of the ceramic composites was studied. A remarkable combination of hardness and toughness values, specifically 24.53 GPa (HV10) and 11.0 MPa m1/2, respectively, was obtained for the composite ceramic containing 30 wt% SiC, whereas hardness and fracture toughness values of only 21.1 GPa (HV10) and 7.3 MPa m1/2, respectively, were obtained for the monolithic a-sialon ceramic. The increase in fracture toughness was fairly attributed to the crack deflection, crack bridging and grain pullout mechanisms caused by the finely dispersed SiC particles.