Sintering, microstructure and mechanical properties of NbC0.8-NbxOy composites and single-phase NbC polycrystals

• Autorzy: Rączka M. , Gubernat A. , Stobierski L. , Mucha J. , Zientara D. , Wnuk A. , Kornaus K.

Warianty tytułu

PL

Spiekanie, analiza mikrostruktury oraz właściwości mechaniczne kompozytów NbC0.8-NbxOy i polikryształów jednofazowych NbC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study presents the results of investigations of the influence of niobium oxides and the addition of carbon on the pressureless sintering of niobium carbide powder and the properties of the obtained sinters. For this purpose, niobium carbide of a specific deviation from stoichiometry was synthesized (NbC0.8). After the crushing process, all the characteristics of the powder were determined and the powder was found to contain niobium oxides in the quantity of a few percentage of the weight. Next, samples were prepared without any additives and with additives of 1 and 2% of carbon weight. The samples were pressureless sintered at the following temperatures: 1900, 2000 and 2100°C in argon flow by heating them at the final temperature for 1 hour, then their apparent density was measured. A qualitative and quantitative analysis of the microstructure was performed on metallographic micro-sections and the phase composition of the sinters was determined. It was found that the presence of niobium oxides in the NbC powders has an advantageous influence on the sintering process. Single-phase polycrystals can be prepared by the addition of carbon. Some mechanical properties were additionally determined from the sinters including: hardness and fracture toughness and next, an attempt was made to correlate them with the image of the microstructure of the composites and single-phase polycrystals.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad wpływem tlenków niobu na spiekalność węglika niobu. W tym celu zsyntezowano węglik niobu o określonym odstępstwie od stechiometrii (NbC0.8). Po procesie rozdrabniania dokonano pełnej charakterystyki proszku i stwierdzono, że w proszku obecne są tlenki niobu w ilości kilku % mas. Następnie przygotowano próbki bez jakichkolwiek dodatków oraz z dodatkiem 1 i 2% mas. węgla. Próbki spiekano swobodnie w temperaturze: 1900, 2000 i 2100°C, w przepływie argonu, wygrzewając je w temperaturze końcowej przez 1 godzinę. Wykonano pomiary gęstości pozornej spieków, na zgładach metalograficznych przeprowadzono jakościową i ilościową analizę mikrostruktury, a także określono skład fazowy spieków. Stwierdzono, że obecność w proszku NbC tlenków niobu wpływa korzystnie na proces spiekania. Wprowadzenie dodatku węgla ujednorodnia skład fazowy spieków, nie pogarszając ich gęstości. Przeprowadzono badania właściwości mechanicznych, takich jak: twardość i odporność na kruche pękanie, a następnie podjęto próbę skorelowania ich z obrazem mikrostruktury kompozytów i jednofazowych polikryształów.

Słowa kluczowe

EN

metal-like carbides; NbC1-x-NbxOy composites; pressureless sintering; qualitative and quantitative analysis of the microstructure; hardness; fracture toughness

PL

węgliki metalopodobne; kompozyty NbC1-x-NbxOy; spiekanie bezciśnieniowe; jakościowa i ilościowa analiza mikrostruktury; twardość; odporność na kruche pękanie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 15, nr 4
• Strony: 183--191
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rączka M.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Gubernat A.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Stobierski L.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Mucha J.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Zientara D.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Wnuk A.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Kornaus K.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Pierson H.D., Handbook of Refractory Carbides and Nitrides, Ed. Notes Publication, New Jersey 1996.
• [2] Stobierski L., Carbide Ceramics, AGH, Krakow 2005 (in Polish).
• [3] Kosolapova T.Y., Carbides: Properties, Production, and Applications., Plenum Press, New York 1971.
• [4] Brookes K.J.A., Half a century of hardmetals, Metal Powder Report 1995, 50, 12, 22-28.
• [5] Upadhyaya G.S., Materials science of cemented carbides - an overview, Materials and Design 2001, 22, 483-489.
• [6] Gibas T., Spieki ceramiczne i cermetale, WNT, Warszawa 1961.
• [7] Gubernat A., Sintering of metal-like carbides., Ceramic Materials 2007, 3, 111-117 (in Polish).
• [8] Gubernat A., Stobierski L., Metal-like carbides. Part I. Sinterablity investigations, Ceramic Materials 2009, 2, 113-118 (in Polish).
• [9] Gubernat A., Synthesis, sintering and properties of single-phase carbides, Ceramika/Ceramics 114, PTCer, Krakow 2013 (in Polish).
• [10] Mucha J., Gubernat A., Stobierski L., Sintering and properties of NbC1-x-NbO2 composites, Composites Theory and Practice 2013, 13(3), 185-192.
• [11] Gubernat A., Pressureless sintering of single-phase tantalum carbide and niobium carbide, J. Eur. Cer. Soc. 2013, 33, 2391-2398.
• [12] Gubernat A., Zych Ł., The isothermal sintering of the single-phase non-stoichiometric niobium carbide (NbC1-x) and tantalum carbide (TaC1-x), J. Eur. Cer. Soc., 34, 2014, 2885-2894.
• [13] Mucha J., Niobium carbide - niobium oxide composites, Master's Thesis, AGH, Krakow 2014 (in Polish).
• [14] Gubernat A., Stobierski L., Goryczka P., Metal-like carbides. Part II. Investigations of mechanical and chemical properties, Ceramic Materials 2009, 2, 119-124 (in Polish).
• [15] Mucha J., Investigations on properties of single-phase carbides polycrystals, Engineering Thesis, AGH, Krakow 2013 (in Polish).
• [16] Wojnar L., Majorek M., Komputerowa analiza obrazu, Fotobit Design, Kraków 1994.
• [17] Ryś J., Stereologia materiałów, Fotobit Design, Kraków 1995.
• [18] Niihara, K.A., fracture mechanics analysis of indentation-induced Palmqvist crack in ceramics, J. Mater. Sci. Lett. 1983, 2, 221-223.
• [19] ACerS-NIST Phase Equilibria Diagrams CD-ROM Database Version 3.1, 2007.
• [20] Huijbregts W.M.M., Brabers M.J., Oxidation of niobium and of niobium coated with aluminium in steam-air mixtures, Proceedings S.E.R.A.I. Journee Internationales d'étude sur l'óxydation des metaux, Bruxelles 1965.