اثر افزودن کاربید زیرکونیوم و نانو صفحات گرافن بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت‌ پایه ZrB2

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان

• میلاد خیراله زاده ¹
• زهره بلک ²
• مهدی عزیزیه ¹
• مهدی شاهدی اصل ³

¹ گروه مهندسی مواد، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

² دانشگاه آزاد واحد اهواز

³ گروه مهندسی مواد، دانشگاه قبرس

10.22067/jmme.2024.86458.1141

چکیده

این پژوهش، به منظور بررسی اثر افزودن ZrC بر ریزساختار، و خواص مکانیکی کامپوزیت‌های ZrB2 تقویت‌شده با نانو صفحات گرافن (GNP)، سه کامپوزیت از طریق تف جوشی پلاسمای جرقه‌ای (SPS) در دمای 1900 درجه سانتی‌گراد به مدت 7 دقیقه تحت فشار 40 مگاپاسکال تف جوشی شدند و رفتار تف جوشی، ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت حاصل نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. چگالی نسبی به روش ارشمیدس اندازه گیری شد. برای بررسی ترکیب شیمیایی و شناسایی فاز از تجزیه و تحلیل XRD و EDS استفاده شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی ( FE-SEM) برای ارزیابی ریزساختار (اندازه دانه و تخلخل) استفاده شد. استحکام خمشی، سختی و چقرمگی شکست به ترتیب با آزمون خمشی سه نقطه ای، ماکرو ویکرز و Single Edge Notch Beam (SENB) تعیین شدند. نتایج نشان داد که حضور GNP به تنهایی و همراه با ZrC، چگالی نسبی را به طور قابل توجهی اقزایش می دهد(7/99%). علاوه بر این، چگالی کامل با افزودن 10 و 20 درصد حجمی ZrC در مقایسه با سرامیک خالص ZrB2 با چگالی نسبی 81% حاصل شد. حداکثر سختی ، استحکام خمشی و چقرمگی شکست GPa 8/25، MPa 597 و MPa m0.5 9/4 به ترتیب برای کامپوزیت ZrB2-GNP تقویت شده با 20 درصد حجمی ZrC بدست آمد.

کلیدواژه‌ها

• سرامیک ZrB2
• ریزساختار
• سختی
• چقرمگی شکست
• تف جوشی با جرقه پلاسما

موضوعات

• سرامیک

---

عنوان مقاله [English]

Effect of ZrC and nano graphene platelet on the microstructure and mechanical properties of ZrB2 based composite

نویسندگان [English]

• Milad kheyrolahzadeh ¹
• zohre balak ²
• Mehdi Azizieh ¹
• Mehdi Shahedi asl ³

¹ Department of Materials Science and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.

²

³ Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Kyrenia, Kyrenia, Mersin 10, Turkey

چکیده [English]

In this research,, in order to investigate the effect of adding ZrC on the microstructure and mechanical properties of ZrB2 composites reinforced with graphene nanoplates (GNP), three composites were sintered through spark plasma sintering (SPS) at a temperature of 1900°C for 7 minutes under a pressure of 40 MPa. The sintering behavior,, microstructure and mechanical properties of the resulting composite were also evaluated. The relative density was measured by the Archimedes method. XRD and EDS analysis were used to check the chemical composition and phase identification. Field emission scanning electron microscope (FE-SEM) was used to evaluate the microstructure (grain size and porosity). Bending strength,, hardness and fracture toughness were determined by three-point bending test,, Macro Vickers and Single Edge Notch Beam (SENB) respectively. The results showed that the presence of GNP alone and together with ZrC increases the relative density significantly (99.7%).In addition, full densification was achieved by adding 10 and 20% by volume of ZrC compared to pure ZrB2 ceramics with a relative density of 81%. The maximum hardness, bending strength and fracture toughness of 25.8 GPa, 597 MPa and 4.9 MPa m0.5 were obtained, respectively, for the ZrB2-GNP composite reinforced with 20% by volume of ZrC

کلیدواژه‌ها [English]

• ZrB2 ceramic
• microstructure
• hardness
• fracture toughness
• spark plasma sintering