Spiekanie tworzyw B4C z dodatkami TiB2, TiC lub TiN

• Autorzy: Rutkowski P. , Górny G. , Góra S.

Warianty tytułu

EN

Sintering of B4C based composites containing TiB2, TiC or TiN additives

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Niniejsza praca dotyczy porównania różnych metod spiekania tworzyw z osnową węglika boru. W celu podwyższenia odporności na kruche pękanie do materiału wprowadzano fazy mogące generować naprężenia w materiale ze względu na różnicę współczynników rozszerzalności. Jako fazę dyspergowaną użyto węglik tytanu, azotek tytanu i dwuborek tytanu w ilości do 20% objętościowych. Tworzywa uzyskiwano na drodze spiekania swobodnego, prasowania na gorąco oraz SPS (ang. spark plasma sintering). Określono i poddano analizie ich skład fazowy, mikrostrukturę, zagęszczenie oraz podstawowe właściwości mechaniczne. Na bazie przeprowadzonych badań wykazano, że technika SPS nie nadaje się do spiekania tego typu tworzyw kompozytowych oraz, że najbardziej obiecującym układem jest B4C-TiB2 otrzymywany drogą prasowania na gorąco. Wprowadzenie fazy dwuborku tytanu do osnowy B4C w ilości nie większej niż 15% obj. spowodowało podwyższenie twardości, wytrzymałości na zginanie oraz odporności na kruche pękanie wytworzonych kompozytów w porównaniu z czystymi materiałami B4C.

EN

In the work, different sintering methods of boron carbide based materials were compared. Phases, that lead to generation of thermal stresses, were incorporated to the composites’ matrix to enhance fracture toughness. The stresses can be generated because of a difference in thermal expansion coefficients of constituent phases. Titanium carbide, titanium nitride and titanium diboride were used as the dispersed particles in the boron carbide matrix in quantities up to 20 vol.%. The particulate composites were obtained on the way of pressureless sintering, hot-pressing and spark plasma sintering. The phase composition, microstructural features, densification and basic mechanical properties were determined for the sintered composite materials, and analyzed. On the base of recorded results it was shown that the SPS technique cannot be applied for sintering of these materials. The B4C-TiB2 hot-pressed composite system manifested to be the most promising one. The incorporation of smaller than 15 vol.% of TiB2 to the B4C matrix caused an increase in hardness, bending strength and fracture toughness of the hot-pressed composites when compared to the pure B4C materials.

Słowa kluczowe

PL

B4C; prasowanie na gorąco; SPS; TiB2; TiN; TiC; mikrostruktura finalna; właściwości mechaniczne

EN

B4C; hot-pressing; SPS; TiB2; TiN; TiC; microstructure final; mechanical properties

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 66, nr 2
• Strony: 156--164
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Rutkowski P.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Górny G.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Góra S.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Dodd, S.P., Saunders, G.A., James, B.: Temperature and pressure dependences of the elastic properties of ceramic boron carbide (B4C), J. Mater. Sci., 37, 13, (2002), 2731-2736.
• [2] De With, G.: Note on the temperature dependence of the hardness of boron carbide, J. Less-Common Met., 95, (1983), 133-138.
• [3] Larsson, P., Axen, N., Hogmark, S.: Improvements of the microstructure and erosion resistance of boron carbide with additives, J. Mater. Sci., 35, (2000), 3433 – 3440.
• [4] Zhang, M., Zank, W., Gao, L., Zhang, Y.: Fabrication and Microstructure of B4C Matrix Composites by Hot-Pressing Sinter, Adv. Mater. Res., 368-373, (2012), 326-329.
• [5] Fedorus, V.B., Makarenko, G.N., Gordienko, S.P., Marek, E.V., Timofeeva, I.I.: Interaction between boron carbide and chromium oxide, Powder Metal. Metal Ceram., 34, (1995), 637-639.
• [6] Gubernat, A., Stobierski, L., Rutkowski, P.: Sintering kinetics of diamond-like carbides, Ceramika/Ceramics, 96, (2006), 217 – 226.
• [7] Jiang, T., Jin, Z., Yang, J., Qiao, G.: Investigation on the preparation and machinability of the B4C/BN nanocomposites by hot-pressing process, J. Mater. Process. Technol., 209, (2009), 561-571.
• [8] Rutkowski, P. Grabowski, G. Stobierski, L.: Rola naprężeń cieplnych w kształtowaniu właściwości mechanicznych kompozytów ceramicznych, Materiały Ceramiczne, 55, (2003), 69-75.
• [9] Engineering Property Data on Selected Ceramics, MCIC-HB-07, Battele, Columbus Division 505 King Avenue Columbus, Ohio, (1987), 43201-2693.
• [10] White, R.M., Dickey, E.C.: The Effects of Residual Stress Distributions on Indentation-induced Microcracking in B4C–TiB2 Eutectic Ceramic Composites, J. Am. Ceram. Soc., 94, (2011), 4031-4039.
• [11] Baharvandi, H.R., Hadian, A.M.: Pressureless Sintering of TiB2-B4C Ceramic Matrix Composite, J. Mater. Eng. Perform., 17, (2008), 838-841.

Uwagi

PL

błędna numeracja bibliografii załącznikowej