Abstract
Nearly fully dense carbides of zirconium, hafnium, and tantalum were obtained by pressureless sintering at 1950°C with the addition of 5–20 vol% of MoSi2. Increasing the amount of sintering aid, the final density increased too, thanks to the formation of small amounts of liquid phase constituted by M-Mo-Si-O-C, where M is either Zr, Hf, or Ta. The matrices of the composites obtained with the standard procedure showed faceted squared grains; when an ultrasonication step was introduced in the powder treatment, the grains were more rounded and no exaggerated grains growth occurred. Other secondary phases observed in the microstructure were SiC and mixed silicides of the transition metals. Among the three carbides prepared by pressurless sintering, TaC-based composites had the highest mechanical properties at room temperature (strength 590 MPa, Young's modulus 480 GPa, toughness 3.8 MPa·m1/2). HfC-based materials showed the highest sinterability (in terms of final density versus amount of sintering aid) and the highest high-temperature strength (300 MPa at 1500 °C
چکیده
در این مقاله، با استفاده از فرآیند سینتر بدون اعمال فشار در دمای 1950 درجه سانتیگراد به همراه افزودن 5-20 درصد حجمی MoSi2، کاربیدهای بسیار فشرده و متراکم (نزدیک به چگالی کامل) زیرکونیوم، هافنیوم و تانتالیوم به طور موفقیت آمیزی تولید شدند. با افزایش مقدار کمک سینتر، چگالی نهایی نیز به واسطه تشکیل مقادیر کم فاز مذاب M-Mo-Si-O-C (M یکی از فلزات Zr، Hf یا Ta می باشد)، افزایش یافت. مورفولوژی دانه در زمینه کامپوزیت های به دست آمده با روش های استاندارد، به صورت چهارگوش های دارای سطوح کوچک، بود؛ با افزودن یک مرحله عملیات التراسونیک در فرآیند تولید، دانه های گردتری حاصل شده و رشد دانه بیش از حد اتفاق نیفتاد. سایر فازهای مشاهده شده در ریزساختار، شامل SiC و سیلیسایدهای مخلوط از فلزات واسطه، بودند. در میان سه ترکیب کاربیدی تهیه شده با سینترِ بدون فشار، کامپوزیت های TaC بهترین خواص مکانیکی در دمای اتاق (استحکام MPa 590، مدول یانگ GPa 480 و چقرمگی MPa.m1/2 3.8) را از خود نشان دادند. بهترین قابلیت سینترپذیری (برحسب نسبت چگالی نهایی به مقدار کمک سینتر) و بالاترین استحکام دما بالا (MPa 300 در 1500 درجه سانتیگراد) نیز برای مواد پایه HfC به دست آمد.
1- مقدمه
کاربیدهای فلزات واسطه گروه IV-VI دارای نقطه ذوب بسیار بالا (3000-4000 درجه سانتیگراد) بوده و اغلب تحت عنوان کاربیدهای دیرگداز شناخته می شوند. علاوه بر پایداری در دماهای بالا، این مواد سختی بسیار بالایی از خود نشان می دهند که همین ویژگی باعث کاربرد صنعتی آن ها در ابزارهای برش و قطعات مقاوم به سایش شده است [1-3]. این مواد مقاومت به خوردگی خوبی نیز داشته و تنها توسط اسیدها و بازهای غلیظ و در حضور عوامل اکسیدکننده خورده می شوند؛ مقاومت خوب در برابر خوردگی تا دماهای بالا حفظ می شود...