نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران
2 دانشیار، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران
3 استاد، پژوهشکده سرامیک، پژوهشگاه مواد و انرژی، کرج، ایران
چکیده
در این پژوهش، کامپوزیت‌های سیلیس گداخته ـ زیرکونیا با 5 درصد وزنی زیرکونیای پایدارشده، به‌روش جرقه پلاسما، تهیه شدند. پودرها به‌کمک آسیای پرانرژی در محیط اتانول به‌مدت نیم ساعت با هم مخلوط شدند. پس از مخلوط‌شدن، پودرها در دمای 70 درجه سلسیوس خشک شدند. نمونه‌های تهیه‌شده در دماهای 1100، 1200 و 1300 درجه سلسیوس و فشار نهایی MPa 30 تف‌جوشی شدند. مشاهدات میکروسکوپ الکترونی نمونهها نشان داد که زیرکونیای تثبیت‌شده در زمینه سیلیس گداخته یکنواخت توزیع شده است. همچنین، نتایج ارزیابی نشان داد نمونه‌های تف‌جوشی‌شده در دمای 1200 درجه سلسیوس از سایر نمونهها استحکام بیشتری دارند. چگالی نسبی، استحکام خمشی، سختی و چقرمگی این نمونهها به‌ترتیب 99/99 درصد، GPa40/13، MPa 131 و MPa.m1/2 46/4 به‌دست آمد. همچنین مشاهده شد، با افزایش دمای تف‌جوشی تا دمای 1300 درجه سلسیوس، به‌دلیل ایجاد تبلور در سیلیس گداخته و سپس ایجاد ترک در آن، استحکام کاهش یافته، اما سختی و چقرمگی به میزانی جزئی افزایش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Effect of Sintering Temperature on Properties of Fused Silica- YSZ Composite Prepared by Spark Plasma Sintering
نویسندگان [English]
- Elahe Teymourian 1
- Masoud Alizadeh 2
- Hossien Nuranian 2
- Touradj Ebadzadeh 3
1 M. Sc Student., Department of Ceramic, Materials and Energy Research Center, Karaj, Iran
2 Associate Professor, Department of Ceramic, Materials and Energy Research Center, Karaj, Iran
3 Professor, Department of Ceramic, Materials and Energy Research Center, Karaj, Iran
چکیده [English]
In this research, fused silica-zirconia composites including of 5 % by weight of zirconia stabilized yettria prepared by Spark Plasma Sintering (SPS) method. The powders were mixed by Spex (8000D, High energy ball mill) for 30 min in ethanol media. After mixing process, the ethanol removed by heating of the batches at 70 °C. The prepared samples were sintered at 1100, 1200 and 1300 °C and final pressure of 30 MPa. FESEM images demonstrated distribution of reinforcements at the fused silica matrix, also the results showed that sintered samples at 1200 °C have better properties than other samples. Relative density, flexural strength, hardness and toughness of these samples were 99.99 %, 13.4 GPa, 131 MPa and 4.46 MPa.m1/2 respectively. Also results showed that with increasing of sintering temperature to 1300 °C, due to crystallization in fused silica and as a result the formation of cracks in matrix, flexural strength decreased but the hardness and toughness increased slightly.
کلیدواژه‌ها [English]
- Composite
- Fused Silica
- Yettria Stabilized Zirconia
- Mechnical Properties
- Chawla, K., "Processing of ceramic matrix composites", Ceramic Matrix Composites, Springer, (2003), 107-138. https://link.springer.com/book/10.1007%2F978-1-4615-1029-1
- Sun, G., Wang, W., Bi, J., "High-temperature mechanical behavior of boron nitride nanosheets/fused silica composite", Ceramic International, Vol. 46, No. 18, (2021), 29330-29333. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.08.035
- Sun, G., Bi, J., Wang, W., Zhang, J., "Enhancing mechanical properties of fused silica composites by introducing well-dispersed boron nitride nanosheets", Ceramic International, Vol. 44, No. 5, (2018), 5002-5009. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.12.096
- Wan, W., Huang, C. E., Yang, J., Zeng, J., Qiu, T., "Effect of sintering temperature on the properties of fused silica ceramics prepared by gelcasting", Journal of Electronic Materials, Vol. 43, No. 7, (2014), 2566-2572. https://doi.org/10.1007/s11664-014-3112-7
- Wan, W., Feng, Y., Yang, J., Bu, W., Qiu, T., "Microstructure, mechanical and high-temperature dielectric properties of zirconia-reinforced fused silica ceramics", Ceramics International, Vol. 42, No. 5, (2016), 6436-6443. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.01.063
- He, Y. W., Bu, J. L., Wang, R. S., Zhao, D. M., Chen, J. X., Yu, L. X., Wang, Z. F., "Sintering properties of fused silica/nano-zirconia composite ceramic", Advanced Materials Research, Vol. 750, (2013), 81-84. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.750-752.81
- Munir, Z., Anselmi-Tamburini, U., Ohyanagi, M., "The effect of electric field and pressure on the synthesis and consolidation of materials: A review of the spark plasma sintering method", Journal of Materials Science, Vol. 41, No. 3, (2006), 763-777. https://doi.org/10.1007/s10853-006-6555-2
- Munir, Z. A., Quach, D. V., Ohyanagi, M., "Electric current activation of sintering: A review of the pulsed electric current sintering process”, Journal of the American Ceramic Society, Vol. 94, No. 1, (2011), 1-19. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010.04210.x
- Evans, A. G., "Fracture toughness: The role of indentation techniques", Fracture Mechanics Applied to Brittle Materials, ASTM International, (1979).
- Tokita, M., "Spark Plasma Sintering (SPS) method, systems, and applications", Handbook of Advanced Ceramics, (2013), 1149-1177. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-385469-8.00060-5
- Brückner, R., "Properties and structure of vitreous silica", Journal of Non-Crystalline Solids, Vol. 5, No. 2, (1970), 123-175. https://doi.org/10.1016/0022-3093(70)90190-0
- Hannink, R. H., Kelly, P. M., Muddle, B. C., "Transformation toughening in zirconia‐containing ceramics", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 83, No. 3, (2000), 461-487. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01221.x
- Wachtman, J. B., Cannon, W. R., Matthewson, M. J., Mechanical Properties of Ceramics, John Wiley & Sons, (2009). https://www.wiley.com/en-us/Mechanical+Properties+of+Ceramics%2C+2nd+Edition-p-9780471735816
- Li, Y., Liu, N., Zhang, X., Rong, C., "Effect of Mo addition on the microstructure and mechanical properties of ultra-fine grade TiC–TiN–WC–Mo2C–Co cermets", International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 26, No. 3, (2008), 190-196. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2007.05.005
- Pokluda, J., Šandera, P., Micromechanisms of Fracture and Fatigue: in a Multi-Scale Context, Springer Science & Business Media, (2010). https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-84996-266-7
- Lajtai, E., "A theoretical and experimental evaluation of the Griffith theory of brittle fracture", Tectonophysics, Vol. 11, No. 2, (1971), 129-156. https://ur.booksc.eu/book/19784599/73dabb
)