Wpływ rozdrobnienia proszku fazy osnowy na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne kompozytu ziarnistego SiC-TiB2

• Autorzy: Górny G. , Rączka M. , Rutkowski P. , Stobierski L.

Warianty tytułu

EN

The effect of the matrix phase powder dispersion on microstructure and mechanical properties of SiC-TiB2 composite

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badania nad ceramicznymi kompozytami ziarnistymi o osnowie z węglika krzemu zawierającej cząstki borku tytanu TiB2 są prowadzone ze względu na potrzebę uzyskania materiałów, które, dysponując zaletami ceramiki z węglika krzemu, równocześnie mają większą odporność na kruche pękanie. W pracy przeprowadzono analizę wpływu wielkości ziaren użytego proszku SiC na mikrostrukturę i właściwości mechaniczne kompozytu SiC-TiB2. Kompozyty otrzymano z mieszaniny proszków SiC i TiB2 metodą prasowania na gorąco pod ciśnieniem 25 MPa w temperaturze 2150°C przez 60 minut w atmosferze argonu. Jako osnowy kompozytu użyto dwa rodzaje proszku SiC (H.C. Starck: UF-15 i UF-25), a udział objętościowy fazy TiB2 ustalono na poziomie 10 lub 20 %. Obserwacje mikrostruktury prowadzono na obrazach powierzchni zgładów kompozytów uzyskanych za pomocą elektronowego mikroskopu skaningowego. Komputerowo wspomaganą ilościową analizę mikrostruktury kompozytów przeprowadzono z wykorzystaniem programu Aphelion. W celu ilościowego opisu mikrostruktury kompozytów wyznaczono wartości wybranych parametrów stereologicznych. Badania właściwości mechanicznych otrzymanych kompozytów obejmowały wyznaczenie ich modułu Younga, twardości Vickersa, wytrzymałości na zginanie oraz odporności na kruche pękanie. Uzyskane wyniki wskazały na istotny wpływ wielkości ziaren użytego proszku SiC oraz udziału objętościowego fazy TiB2 na morfologię fazy zdyspergowanej oraz wytrzymałość na zginanie i odporność na kruche pękanie kompozytu.

EN

Research on silicon carbide matrix composites containing titanium boride particles is conducted in the aim of obtaining materials joining the advantages of silicon carbide ceramics with a higher fracture toughness. The paper analyzes the influence of the particle size of SiC powder on the microstructure and mechanical properties of a SiC-TiB2 composite. The composites were obtained from a mixture of SiC and TiB2 powders by hotpressing at a pressure of 25 MPa and at a temperature of 2150°C for 60 minutes in an argon environment. Two types of SiC powders (HC Starck UF-15 and UF-25) were used as the composite matrix, the volume fraction of the TiB2 phase was fixed at 10 or 20%. Microstructure observations were performed on composite cross-section surface images obtained by scanning electron microscopy (SEM). Computer- aided quantitative analysis of the composites microstructure were carried out using the Aphelion program. In order to quantitatively describe the microstructure of the composites, the stereological values of selected parameters were determined. Testing the mechanical properties of the composites included designation of the Young's modulus, Vickers hardness, flexural strength and fracture toughness. The results showed a significant effect of the particle size of SiC powder used and the volume fraction of the TiB2 phase on the dispersed phase morphology and mechanical properties of the SiC-TiB2 composite. The SiC-TiB2 composites obtained in this research show a significantly higher fracture toughness than silicon carbide sinters.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt ziarnisty SiC-TiB2; mikrostruktura; właściwości mechaniczne

EN

SiC-TiB2 particulate composite; microstructure; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 3
• Strony: 245--251
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Górny G.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

autor

Rączka M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

autor

Rutkowski P.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

autor

Stobierski L.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Bibliografia

• [1] Munro R. G.: Materials properties of a sintered alpha-SiC. J. of Physical and Chemical Reference Data 26 (1997) 1195÷1203.
• [2] Davidge R. W., Green T. J.: The strength of two-phase ceramic/glass materials. J. Mater. Sci. 3 (1968) 629÷634.
• [3] Yasuda K. K., Sekigguchi Y., Tatami J., Matsuo Y.: Derivation of crack path in particle-dispersed ceramic composites with finite element method. Proc. of the 2 nd Int. Symp. on the Science of Engineering Ceramics, CSJ Series – Publication of the Ceramic Society of Japan, Switzerland, Trans Tech Publication (1999) 577÷580.
• [4] McMurty C. H., Boecker W. D. G., Seshadri S. G., Zanghi J. S., Garnier J.: Microstructure and materials properties of SiC-TiB2 particulate composites. Am. Ceram. Soc. Bull. 66 (1987) 325÷329.
• [5] Taya M., Hayashi S., Kobayashi A. S., Yoon H. S.: Toughening of a particulate reinforced ceramic-matrix composite by thermal residual stress. J. Am. Ceram. Soc. 73 (1990) 1382÷1391.
• [6] Cho K. S., Kim Y. W., Choi H. J., Lee J. G.: SiC-TiC and SiC-TiB2 composites densified by liguid-phase sintering. J. Mater. Sci. 31 (1996) 6223÷6228.
• [7] Li Z., Bradt R. C.: Thermal expansion of the hexagonal (6H) polytype of silicon nitride. J. Am. Ceram. Soc. 69 (1986) 863÷866.
• [8] Tani T.: Processing, microstructure and properties of in-situ reinforced SiC matrix composites. Composites: Part A 30 (1999) 419÷423.
• [9] Ohya Y., Hoffmann M., Petzow G.: Sintering of in-situ synthesized SiC-TiB2 composites with improved fracture toughness. J. Am. Ceram. Soc. 75 (1992) 2479÷2483.
• [10] Bucevac D., Krstic V.: Microstructure-mechanical properties relations in SiC-TiB2 composite. Materials Chemistry and Physics. 133 (2012) 197÷204.
• [11] Wang W., Lian J., Ru H.: Pressureless sintered SiC matrix toughened by in situ sinthesized TiB2: Process conditions and fracture toughness. Ceramics International 38 (2012) 2079÷2085.
• [12] Pampuch R.: Materiały ceramiczne: zarys nauki o materiałach nieorganiczno-niemetalicznych. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa (1988).
• [13] Chermant J.-L: Characterization of the microstructure of ceramics by image analysis. Ceramics International 12 (1986) 67÷80.
• [14] Ryś J.: Stereologia materiałów. Fotobit Design, Kraków (1995).
• [15] Kurzydłowski K. J., Ralph B.: The quantitative description of the microstructure of materials. CRC Press, New York (1995).
• [16] Wojnar L.: Majorek M.: Komputerowa analiza obrazu. Fotobit Design, Kraków (1994).
• [17] Wojnar L.: Image analysis. Application in Materials Engineering CrC Press, New York (1999).
• [18] Rożniatowski K.: Metody charakteryzowania niejednorodności rozmieszczenia elementów strukturalnych w materiałach wielofazowych. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej - Inżynieria Materiałowa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 22 (2008).
• [19] Maliński M.: Weryfikacja hipotez statystycznych wspomagana komputerowo. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice (2004).
• [20] Blanc C., Thevenot, Goeuriot D.: Microstructural and mechanical characterization of SiC-submicron TiB2 composites. J. of the European Ceram. Soc. 19 (1999) 561÷569.
• [21] Cho K. S., Choi H. J., Lee J. G., Kim Y. W.: In situ enhancement of toughness of SiC-TiB2 composites. J. Mater. Sci. 33 (1998) 211÷214.
• [22] Mroz C.: Titanium diboride. Am. Ceram. Soc. Bull. 75 (1995) 158÷159.