بررسی مقاومت به اکسیداسیون کامپوزیت‌های ZrB2 حاوی نانوکربن سیاه و کاربید سیلیسیوم در اتمسفر هوا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی مواد، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

چکیده

مقدمه و اهداف: کامپوزیت‌های ZrB2-SiC به‌دلیل نقطه ذوب بالا، در صنایعی مانند صنعت فضایی و هواپیماسازی استفاده می‌شوند. اثر افزودن نانوکربن سیاه و کاربید سیلیسیوم بر مقاومت به اکسیداسیون در دمای 1450 درجه سانتی‌گراد بررسی شده است.
مواد و روش‌ها: پنج نمونه با ترکیب شیمیایی ZrB2، ZrB2 حاوی 10 و 15 درصد حجمی نانوکربن سیاه، ZrB2-30 vol% SiC حاوی 10 و 15 درصد حجمی نانوکربن سیاه، در دمای 1850 درجه سانتی‌گراد به مدت هشت دقیقه، تحت فشار 35 مگاپاسکال در خلاء، به روش پلاسمای جرقه‌ای تفجوشی شدند. مقاومت به اکسیداسیون نمونه‌ها در دمای 1450 درجه سانتی‌گراد برای مدت‌زمان‌های 0/5، 1، 1/5، 2، 3 و 5، در معرض هوا بررسی شد. وزن نمونه‌ها قبل و بعد از اکسیداسیون اندازه‌گیری شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی برای بررسی سطح مقطع اکسیداسیون استفاده شد. برای شناسایی فاز از پراش اشعه ایکس استفاده شد. 
یافته‌ها: طی اکسیداسیون در دمای 1450 درجه سانتی‌گراد، در نمونه‌های ZrB2، ZrB2 حاوی 10 و 15 درصد حجمی نانوکربن سیاه فاز غالب اکسید زیرکونیوم مونوکلینیک و در نمونه ZrB2-30 vol% SiC حاوی 10 درصد حجمی نانوکربن سیاه، علاوه‌بر فازهای اولیه، فازهای اکسید زیرکونیوم مونوکلینیک، اکسیدهای سیلیسیوم و بور است. با افزودن 10 درصد حجمی نانوکربن سیاه، ضخامت لایه اکسیداسیون از 5±129 میکرومتر در نمونه خالص به 6±110 میکرومتر در نمونه 10 درصد حجمی نانوکربن سیاه می‌رسد. 
نتیجه‌گیری: نتیجه‌گیری شد که نمونه ZrB2-30 vol% SiC حاوی 10 درصد حجمی نانوکربن سیاه، دارای کمترین میزان ضخامت لایه اکسیداسیون 55±3 میکرومتر و بیشترین میزان مقاومت به اکسیداسیون است. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Oxidation Resistance of ZrB₂ Composites Containing Nano Carbon Black and Silicon Carbide in Air Atmosphere

نویسندگان [English]

  • Zohre Balak
  • Hamze Ghanbari Pour
Department of Materials Science and Engineering, Ahv.C., Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

Introduction and Objectives: ZrB2-SiC composites are widely used in industeries such as aerospace due to their high melting points. This study investigates the effect of adding nano carbon black and silicon carbide (SiC) on the oxidation resistance of these composite at 1450 °C.
Materials and Methods: Five samples were prepared with the following compositions: pure ZrB₂, ZrB₂ containing 10 and 15 vol% nano carbon black, and ZrB₂-30 vol% SiC containing 10 and 15 vol% nano carbon black. The samples were sintered via spark plasma sintering at 1850 °C for 8 minutes under 35 MPa pressure in vacuum. Oxidation resistance was evaluated at 1450 °C in air for 0.5, 1, 1.5, 2, 3, and 5 hours. The weight of each sample was measured before and after oxidation .Scanning electron microscopy was used to examine the cross-sectional morphology of the oxidized layers, and phase identification was performed using X-ray diffraction.
Results: During oxidation at 1450 °C, the predominant oxidation phase in pure ZrB₂ and ZrB₂ containing 10 and 15 vol% nano carbon black was monoclinic ZrO₂. In the ZrB₂-30 vol% SiC composite containing 10 vol% nano carbon black, in addition to the primary phases, monoclinic ZrO₂, SiO₂, and B₂O₃ phases were also detected. The addition of 10 vol% nano carbon black reduced the oxidation layer thicknessfrom 129 ± 5 µm in pure ZrB₂ to 110 ± 6 µm in the ZrB₂ sample containing 10 vol% nano carbon black.
Conclusion: The ZrB₂–30 vol% SiC composite containing 10 vol% nano carbon black exhibited the lowest oxidation layer thickness (55 ± 3 µm) and the highest oxidation resistance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Oxidation resistance
  • Nano carbon black
  • Spark plasma sintering
  • Zirconium diboride
  • Silicon carbide

تحت نظارت وف ایرانی