Skip to main content
SUPERVISOR
Fatallah Karimzadeh,Ahmad Monshi,Mohammad Hassan Abbasi
فتح اله کريم زاده (استاد مشاور) احمد منشي (استاد راهنما) محمدحسن عباسي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Bibi malmal Moshtaghioun
بي بي ململ مشتاقيون

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1386

TITLE

Preparation and characterization of B4C-SiC nanocomposite by microwave and SPS and creep behavior study
This study aimed at preparation of B 4 C-SiC nano composites and also characterization and comparing with pure one. In first step, sinterability of boron carbide and mechanical properties of it were studied and also the influence of adding silicon carbide nanoparticles that were synthesized in this study as well as graphite to B 4 C matrix was investigated. In this regard spark plasma sintering () was used. The results showed fullu dense boron carbide sintered at 1700 ?C for 3 min as optimal conditions. However, with the highest hardness resulting from lower values of the average grain size, fracture toughness did not improve considerabley. The fracture toughness is greatly improved in composites compare to the pure boron carbide specimens and the improvement is more notable in composite without graphite. Improvement in the fracture toughness of composites can be attributed to activating of toughening mechanisms from the influence of SiC nanoparticles distributed in B 4 C matrix on the crack path. The addition of SiC particles as a second phase to B 4 C matrix also has strong influence in fracture surface. For fully dense pure boron carbide almost all of the grains fractured transgranularly. However, in nanocomposites that sintered at same condition the B 4 C matrix fractured transgranularly whereas intergranular fracture occurred at the interfaces between SiC grains and B 4 C grains. Silicon carbide nanoparticles, as a reinforcement, synthesized by carbothermic reduction of silica in furnace and later in microwave. Results showed SiC nanoparticles were produced in furnace at 1450 ?C for 60min and in microwave at 1200 ?C for 5 min. Finally for the first time high temperature deformation of boron carbide and B 4 C-SiC nanocomposite were presented. Plastic deformation is admitted to be produced by dislocation activity and grain boundary sliding. The presence of solute atoms seems to play a crucial role on the main creep characteristics in this material. On the other hand, the presence of an increasing cavitation is consistent with limited grain boundary sliding. Keywords : SiC, B 4 C, Microwave processing, Spark plasma sintering, Mechanical properties. * Professor, Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran. ** Associate Professor, Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.
چکيده در اين پژوهش سنتز و زينتر نانوکامپوزيتهاي کاربيدي، مشخصه يابي و بهبود خواص آن به عنوان هدف اصلي قرار گرفت. در گام اول زينتر کاربيدبور، خواص مکانيکي آن و تأثير افزودن نانوذرات کاربيدسيليسيم سنتز شده در همين پژوهش و همچنين گرافيت در بهبود خواص کاربيدبور مورد مطالعه قرار گرفت. در اين راستا از زينتر به کمک اسپارک پلاسما () استفاده شد. نتايج حاصل از شرايط مختلف زينتر نشان داد که کاربيدبور خالص به کمک در دماي ?C1700 بمدت 3 دقيقه تا دانسيته کامل قابل زينتر است. با وجود افزايش سختي نمونه هاي حاصله تا GPa 4/36 ناشي از کاهش اندازه دانه کاربيدبور، تافنس شکست تغيير چنداني نداشت (MPa.m 1/2 65/3). به کارگيري نانوذرات کاربيدسيليسيم و توليد نانوکامپوزيت کاربيدبور-کاربيدسيليسيم منجر به بهبود 64/1 برابر (MPa.m 1/2 96/5) در تافنس شکست اين سراميک کاربيدي گرديد. همچنين مکانيزم شکست از حالت شکست درون دانه اي در نمونه خالص به ترکيبي از شکست درون دانه اي و بين دانه اي تغيير مي نمايد. بنابراين در اثر حضور نانوذرات کاربيدسيليسيم در زمينه کاربيدبور در اثر انحراف ترک و خارج شدگي ذرات تقويت کننده مسير اشاعه ترک افزايش يافته و تأييدي بر بهبود تافنس شکست در اين نانوکامپوزيتها مي باشد. به منظور سنتز نانوذرات کاربيدسيليسيم به عنوان تقويت کننده مورد استفاده در اين کامپوزيت، روش احياي کربوترمي با منابع حرارتي مختلف نظير کوره با اتمسفر خنثي و مايکروويو مورد بررسي گرفت. همچنين شرايط بهينه از جهت انتخاب ميزان زمان آسياب کاري قبل از سنتز مشخص شد. نتايج نشان داد که با به کارگيري 40 ساعت آسياب کاري مي توان نانوذرات کاربيدسيليسيم را در کوره در دماي ?C1450 بمدت 60 دقيقه و در مايکروويو در دماي ?C1200 بمدت 5 دقيقه توليد نمود. در نهايت براي اولين بار رفتار تغيير فرم دما بالا و مکانيزمهاي حاکم بر تغييرفرم کاربيدبور و نانوکامپوزيتهاي کاربيدبور-کاربيدسيليسيم ارائه شد. آناليز نتايج حاصل از آزمون خزش بهمراه مطالعات ميکروسکوپي نشان داد که مکانيزم تغييرفرم از طريق فعالسازي نابجاييها و بازيابي آنها و همچنين بطور همزمان با لغزش مرزدانه ها در کرنشهاي کم مي باشد. با افزايش تغييرفرم سهم لغزش مرزدانه کاهش يافته و در نتيجه حفره هاي بين دانه اي در ريزساختار نمايان مي گردد. حضور اتمهاي حل شونده نقش مؤثري روي مشخصه خزشي و ساختار نابجاييها در اين ماده دارد. کلمات کليدي: کاربيد سيليسيم، کاربيد بور، سنتز مايکروويو، زينتر به کمک اسپارک پلاسما و خواص مکانيکي

ارتقاء امنیت وب با وف بومی