Selected properties of ZrB₂ composites obtained by SPS method for parts of electro-erosion shaping machines

• Autorzy: Naughton-Duszova A. , Bączek B. , Podsiadło M.

Identyfikatory

DOI

doi.org/10.17814/mechanik.2018.2.32

Warianty tytułu

PL

Wybrane właściwości kompozytów na bazie ZrB₂, otrzymanych metodą SPS i przeznaczonych na części maszyn do kształtowania elektroerozyjnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of the addition of silicon carbide and boron carbide powders on the properties of ZrB2 ceramic composites constituting UHTC materials (ultra high temperature ceramics) was investigated. Polycrystalline zirconium boride samples as well as matrix composites of this phase with addition of 2 and 10 wt.% SiC and B4C were obtained by pressure-assisted sintering using SPS/FAST (spark plasma sintering/field assisted sintering technique) in the temperature range of 1800÷2000°C. Samples were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, hardness and fracture toughness. The obtained materials are characterized by a high relative density in the range of 97÷98%. Higher hardness and fracture toughness were observed for the composite obtained in temperature 1900°C.

PL

Badano wpływ dodatku proszków węglika krzemu i węglika boru na właściwości kompozytów ceramicznych na bazie ZrB2, stanowiących materiały UHTC (ultra high temperature ceramics). Próbki z polikrystalicznego dwuborku cyrkonu oraz kompozyty na osnowie z tej fazy z dodatkiem 2 i 10% wag. SiC oraz B4C otrzymano na drodze spiekania wspomaganego ciśnieniowo, z użyciem metody SPS/FAST (spark plasma sintering/field assisted sintering technique) w temperaturze w zakresie 1800÷2000°C. Otrzymane kompozyty scharakteryzowano pod kątem składu fazowego, mikrostruktury, właściwości mechanicznych i odporności na pękanie. Materiały cechują się wysoką gęstością względną – w zakresie 97÷98%. Wykazano wyższą twardość oraz odporność na pękanie kompozytów o osnowie z dwuborku cyrkonu z dodatkiem faz ceramicznych, otrzymanych w temperaturze 1900°C.

Słowa kluczowe

EN

UHTC ceramics materials; fracture toughness; SPS/FAST

PL

ceramika UHTC; odporność na pękanie; SPS/FAST

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Mechanik
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 91, nr 2
• Strony: 155--158
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tabl.

Twórcy

autor

Naughton-Duszova A.

• Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania

autor

Bączek B.

• Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania

autor

Podsiadło M.

• Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania

Bibliografia

• 1. Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E., Talmy I.G., Zaykoski J.A. “Refractory diborides of zirconium and hafnium”. J. Am. Ceram. Soc. 90 (2007): pp. 1347–1364.
• 2. Ghosh D., Subhashy G. “Recent progress in Zr(Hf)B2 based ultrahigh temperature ceramics”. Chapter 3.3: Handbook of Advanced Ceramics, pp. 267–299. http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-385469-8.00016-2 385469-8.00016-2, 2013.
• 3. Silvestroni L., Sciti D., Melandri C., Guicciardi S. “Tyranno SA3 fiber–ZrB2 composites. Part II: Mechanical properties. Mater. Design. 65 (2015): pp. 1264–1273.
• 4. Mallik M., Kailath A.J., Ray K.K., Mitra R. “Electrical and thermophysical properties of ZrB2 and HfB2 based composites”. J. Eur. Ceram. Soc. 32 (2012): pp. 2545–2555.
• 5. Barbante P.F., Magin T.E. “Fundamentals of hypersonic flight – Properties of high temperature gases, Critical Technologies for Hypersonic Vehicle Development”, 2004.
• 6. Richards W.L. “Finite-Element Analysis of a Mach-8 Flight Test Article Using Nonlinear Contact Elements”. Scientific and Technical Information Program, 1997.
• 7. Wuchina E., Opila E., Opeka M., Fahrenholtz W., Talmy I. “UHTCs: ultra-high temperature ceramics materials for extreme environment applications”. The Electrochemical Society Interface. (2007): pp. 30–36.
• 8. Fahrenholtz W.G., Hilmas G.E., Talmy I.G., Zaykoski J.A. “Refractory diborides of zirconium and hafnium”. J. Am. Ceram. Soc. 95 (2007): pp. 1347–1364.
• 9. Neuman E.W., Hilmas G.E. “Mechanical properties of zirconium-diboride based UHTCs”. W.G. Fahrenholtz, E.J. Wuchina, W.E. Lee, Y. Zhou (eds.). Ultra-High Temperature Ceramics: Materials for Extreme Environment Applications. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2014, pp. 167–196.
• 10. Neuman E.W., Hilmas G.E., Fahrenholtz W.G. “Mechanical behavior of zirconium diboride-silicon carbide-boron carbide ceramics up to 2200°C”. J. Eur. Ceram. Soc. 35 (2015): pp. 463–476.
• 11. Hebda M. „Spark Plasma Sintering – nowa technologia konsolidacji materiałów proszkowych”. Mechanika. Czasopismo Techniczne. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej 6-M. 11 (2012).
• 12. Niihara K., Morena R., Hasselman D.P. „Evaluation of Klc of brittle solids by the indentation method with low crack-to-indent ratios”. Journal of Materials Science Letters. 1 (1982): pp. 13–16. DOI:10.1007/BF00724706.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).