SUPERVISOR
Mehdi Ahmadian
مهدي احمديان (استاد راهنما)
STUDENT
ZAHRA NABI
زهرا نبي
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Investigation of the effects of Ni addition on the sinterability and properties of TiB2-SiC and TiB2-SiC-C composites
Described Use of aerospace, heat protection system, cutting tools, production of supersonic aircraft and space shuttles using high temperature ceramic composites that are needed by researchers. TiB2-based ceramic composites are suitable for special conditions due to their good mechanical and thermal properties, as well as their density compared to other extremely high ceramics. Addition of SiC to TiB2, in addition to improving the sintering process, improves strength, strength failure and oxidation resistance. The use of TiB2-SiC composite is another material suitable for high temperature applications. However, the use of this composite is limited due to the problems of sintering production process, toughness failure and poor heat shock resistance. The purpose of this study is to fabricate TiB2-SiC-Ni and TiB2-SiC-Ni-Cf composites using method and to investigate the effect of film and the amount of straw on cinema processing and composite properties. In addition, in order to improve the mechanical properties of the composite for breaking specific toughness, carbon fiber (Cf) with a value of ? vol10 is also used in this system as another case. After mixing TiB2-SiC composite components using milling, sinter processing is performed by plasma arc sintering () method at 1700 and 1900 ° C, 10 minutes time and 30 MPa pressure. Examination of sintering conditions on the properties of TiB2-20 ? vol SiC composite showed that the sintered sample at 1900 ° C has the highest density (99.65 65 65) and the best mechanical strength including 24.8 GPa hardness, MPa376 flexural strength and breaking MPa.m1 / 27 / 4 compared to the sinter sample at 1700 ° C. After mixing the composite components (with values ??of 1.5 t wt and ? wt2 nickel), the cinnamon process is performed by plasma arc sintering () under temperature conditions of 1500-1800 ° C, time of 15 minutes and pressure of 30 MPa. Examination of sinter conditions on the properties of TiB2-20 ? vol SiC-2 ? wt Ni composite showed that the sample was filmed at 1800 ° C, time 15 minutes and MPa30 pressure with higher density (99 2 2.2) and suitable equipment for Hardware GPa3 / 24, flexural strength MPa530 and fracture toughness MPa.m1 / 23/7. TiB2-SiC composite has no additional sintering ability and undesirable mechanical properties, but adding straw to the composite will also help to improve the mechanical properties if it improves the compaction process. Carbon fibers were added to TiB2-SiC and TiB2-SiC-Ni composites in the amount of ? vol10 and the sintering was performed by method. In TiB2-SiC composite with carbon fiber additive at 1900 ° C, 10 min time and 30 MPa pressure increase in density (100/54), flexural strength (413 MPa) and toughness fracture (6/29/ MPa) are obtained in Hardness (GPa8 / 22) decreased compared to the sample without carbon fiber. In TiB2-20 ? vol SiC- (1.5-2) ? wt Ni composites containing carbon fibers, sinter processing was performed at temperatures of 1500-1800 ° C, time of 10 minutes and pressure of 30 MPa. Addition of carbon fibers in this composite reduces the hard deficiency of the composite in such a way that by adding 10 ? vol ا of fibers in the TiB2-20 ? vol SiC-2 ? wt Ni hard sample from GPa3 / 24 to GPa24. The optimal amount of carbon fiber to the composite improved the flexural strength (MPa575) and fracture toughness (7.29 / MPa.m1). Keywords: Composite, High temperature ceramic, Titanium diboride, Silicon, Carbon fiber.
چکيده امروزه براي کاربردهاي هوافضا، سيستمهاي حفاظت حرارتي، ابزار برش، توليد هواپيماهاي مافوق صوت و شاتلهاي فضايي استفاده از کامپوزيتهاي سراميکي فوق دما بالا مورد توجه محققان قرار گرفته است. کامپوزيتهاي سراميکي با زمينه TiB 2 به دليل دارا بودن خواص مکانيکي و حرارتي مناسب و همچنين چگالي کمتر نسبت به ساير سراميکهاي فوق دما بالا از اهميت ويژهاي برخوردار هستند. افزودن SiC به TiB 2 علاوه بر بهبود فرآيند سينتر باعث بهبود استحکام، چقرمگي شکست و مقاومت به اکسيداسيون آن ميشود. بنابراين کامپوزيت TiB 2 -SiC ميتواند يکي از مواد مناسب براي کاربردهاي فوق دما بالا باشد. اما کاربرد اين کامپوزيت به دليل مشکلات فرآيند سينتر، چقرمگي شکست و مقاومت به شوک حرارتي ضعيف محدود شده است. هدف از انجام اين پژوهش ساخت کامپوزيتهاي TiB 2 -SiC-Ni و TiB 2 -SiC-Ni-C f با استفاده از روش و بررسي تاثير دماي سينتر و مقدار Ni بر فرآيند سينتر و خواص کامپوزيت است. علاوه بر اين جهت بهبود خواص مکانيکي کامپوزيت به ويژه چقرمگي شکست، از الياف کربني (C f ) با مقدار %vol10 نيز در اين سيستم به عنوان تقويت کننده استفاده شده است. پس از مخلوط کردن اجزاء کامپوزيت TiB 2 -SiC با استفاده از آسياکاري، فرآيند سينتر با روش سينتر قوس پلاسما () تحت شرايط دمايي 1700 و°C1900، زمان 10 دقيقه و فشار MPa30 انجام شد. بررسي تاثير شرايط سينتر بر خواص کامپوزيت TiB 2 -20%vol SiC نشان داد که نمونه سينتر شده در دماي °C1900 داراي بيشترين چگالي (65/%99) و خواص مکانيکي مطلوب شامل سختي GPa8/24، استحکام خمشي MPa376 و چقرمگي شکستMPa.m 1/2 7/4 نسبت به نمونه سينتر شد در دماي °C1700است. پس از مخلوط کردن اجزاء کامپوزيت (با مقادير %wt5/1 و %wt2 نيکل) با استفاده از آسياکاري فرآيند سينتر با روش سينتر قوس پلاسما () تحت شرايط دمايي °C1500-1800، زمان 15 دقيقه و فشار MPa30 انجام شد. بررسي تاثير شرايط سينتر بر خواص کامپوزيت TiB 2 -20%vol SiC-2%wt Ni نشان داد که نمونه سينتر شده در دماي °C1800، زمان 15 دقيقه و فشار MPa30 داراي بيشترين چگالي (2/%99) و خواص مکانيکي مناسب شامل سختي GPa3/24، استحکام خمشي MPa530 و چقرمگي شکست MPa.m 1/2 3/7 است. کامپوزيت TiB 2 -SiC بدون افزودني داراي قابليت کم سينترپذيري و خواص مکانيکي نامطلوب است، اما افزودن Ni به کامپوزيت علاوه بر بهبود فرآيند متراکم شدن آن به بهبود خواص مکانيکي نيز کمک کرد. الياف کربني با مقدار %vol10 به کامپوزيتهاي TiB 2 -SiC و TiB 2 -SiC-Ni اضافه شد و فرآيند سينتر به روش انجام شد. در کامپوزيت TiB 2 -SiC با افزودني الياف کربني در دماي °C1900، زمان 10 دقيقه و فشار MPa30 افزايش چگالي (54/100)، استحکام خمشي (MPa413) و چقرمگي شکست (MPa.m 1/2 9/6) حاصل شده در حالي که سختي (GPa8/22) نسبت به نمونه فاقد الياف کربني کاهش يافته است. در کامپوزيتهاي TiB 2 -20%vol SiC-(1.5-2)%wt Ni شامل الياف کربني فرآيند سينتر در دماهاي °C1500-1800، زمان 10 دقيقه و فشار MPa30 انجام شد. افزودن الياف کربني در اين کامپوزيتها منجر به کاهش جزئي سختي کامپوزيت شد به گونهاي که با افزودن %vol10 الياف در نمونه TiB 2 -20%vol SiC-2%wt Ni سختي از GPa3/24 به GPa24 کاهش يافت. افزودن مقدار بهينه از الياف کربني به کامپوزيت باعث بهبود استحکام خمشي (MPa575) و چقرمگي شکست (MPa.m 1/2 9/7) شد. کلمات کليدي : کامپوزيت، سراميک فوق دماي بالا، تيتانيوم دي بورايد، سيليسيم، الياف کربن.