مروری بر پرس داغ نانوکامپوزیت‌های SiC- AYC

نوع مقاله : علمی ترویجی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مواد مرکب، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد دامغان، دانشگاه آزاد اسلامی، دامغان

4 دانشیار مجتمع مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

5 استاد مجتمع مواد و فناوری‌های دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

چکیده

کاربید سیلیسیم نانوساختار به‌علت خاصیت فوق‌پلاستیکی دما بالا و سختی و استحکام مناسب کاربردهای گسترده‌ای در صنایع گوناگون دارد. وجود پیوند کووالانسی بین اتم‌های سیلیسیم و کربن و ضریب نفوذ در خود پایین این ماده سبب شده است تا سینتر این سرامیک نیازمند دما و فشار بالا باشد. استفاده از کمک سینترها به‌عنوان راه‌کاری مناسب برای کاهش دما و فشار مورد استفاده در سینتر کاربید سیلیسیم مورد توجه بسیاری از دانشمندان قرار گرفته است. در بین افزودنی‌های مختلف، استفاده از AYC (Al2O3–Y2O3–CaO) با تشکیل فاز مایع سبب کاهش دمای سینتر و بهبود سینترپذیری کاربید سیلیسیم شده و از این طریق افزایش خواص مکانیکی قطعات را به‌همراه دارد. تاکنون روش‌های متنوعی برای افزودن AYC به نمونه‌های کاربید سیلیسیم مورد استفاده قرار گرفته است که در بین آنها روش پرس داغ با اعمال همزمان دما و فشار بازده مناسبی داشته است. لذا در این مقاله سعی شده است تا چگونگی ساخت نانوکامپوزیت‌های SiC-AYC به روش پرس داغ مورد بررسی قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


[1] S. K. Lee, C. H. Kim, Effects of α-Sic versus β-Sic Starting Powders on Microstructure and Fracture Toughness of Sic Sintered with Al2O3-Y2O3 Additives, Journal of the American Ceramic Society, vol. 77, pp. 1655-1658, 1994.
[2] H. Tanaka, H. N. Yoshimura, S. Otani, Y. Zhou, M. Toriyama, Influence of Silica and Aluminum Contents on Sintering of and Grain Growth in 6H-SiC Powders, Journal of the American Ceramic Society, vol. 83, pp. 226-28, 2000.
[3] J. H. Eom, Y. K. Seo, Y. W. Kim, Mechanical and Thermal Properties of Pressureless Sintered Silicon Carbide Ceramics with Alumina–Yttria–Calcia, Journal of the American Ceramic Society, 2016.
[4] A. Ortiz, O. Borrero-López, M. Quadir, F. Guiberteau, A route for the pressureless liquid-phase sintering of SiC with low additive content for improved sliding-wear resistance, Journal of the European Ceramic Society, vol. 32, pp. 965-973, 2012.
[5] S. Ribeiro, L. Gênova, G. Ribeiro, M. Oliveira, A. Bressiani, Effect of heating rate on the shrinkage and microstructure of liquid phase sintered SiC ceramics, Ceramics International, vol. 42, pp. 17398-17404, 2016.
[6] M. Mitomo, Y.-W. Kim, H. Hirotsuru, Fabrication of silicon carbide nanoceramics, Journal of materials research, vol. 11, pp. 1601-1604, 1996.
[7] Y. Shinoda, T. Nagano, H. Gu, F. Wakai, Superplasticity of silicon carbide, Journal of the American Ceramic Society, vol. 82, pp. 2916-2918, 1999.
[8] R. Vassen, D. Stöver, Processing and properties of nanograin silicon carbide, Journal of the American Ceramic Society, vol. 82, pp. 2585-2593, 1999.
[9] R. Vassen, A. Kaiser, J. Förster, H. Buchkremer, D. Stöver, Densification of ultrafine SiC powders, Journal of materials science, vol. 31, pp. 3623-3637, 1996.
[10] S. M. Lee, T. W. Kim, H. J. Lim, C. Kim, Y. W. Kim, K. S. Lee, Mechanical properties and contact damages of nanostructured silicon carbide ceramics, Journal of the Ceramic Society of Japan, vol. 115, pp. 304-309, 2007.
[11] T. Nagano, K. Kaneko, G. D. Zhan, M. Mitomo, Effect of atmosphere on weight loss in sintered silicon carbide during heat treatment, Journal of the American Ceramic Society, vol. 83, pp. 2781-2787, 2000.
[12] M. Ohyanagi, T. Yamamoto, H. Kitaura, Y. Kodera, T. Ishii, Z. A. Munir, Consolidation of nanostructured SiC with disorder–order transformation, Scripta Materialia, vol. 50, pp. 111-114, 2004.
[13] N. Tamari, T. Tanaka, K. Tanaka, I. Kondoh, M. Kawahara, M. Tokita, Effect of spark plasma sintering on densification and mechanical properties of silicon carbide, Nippon seramikkusu kyokai gakujutsu ronbunshi, vol. 103, pp. 740-742, 1995.
[14] Y. I. Lee, Y. W. Kim, M. Mitomo, D. Y. Kim, Fabrication of Dense Nanostructured Silicon Carbide Ceramics through Two-Step Sintering, Journal of the American Ceramic Society, vol. 86, pp. 1803-1805, 2003.
[15] K. Wetzel, G. Rixecker, G. Kaiser, F. Aldinger, Preparation of dense nanocrystalline silicon carbide ceramics by sinter forging in the presence of a liquid phase, Advanced Engineering Materials, vol. 7, pp. 520-524, 2005.
[16] M. Mitomo, H. Hirotsuru, H. Suematsu, T. Nishimura, Fine-Grained Silicon Nitride Ceramics Prepared from β-Powder, Journal of the American Ceramic Society, vol. 78, pp. 211-214, 1995.
[17] Z. Huang, D. Jia, Y. Zhou, Y. Wang, Effect of a new additive on mechanical properties of hot-pressed silicon carbide ceramics, Materials research bulletin, vol. 37, pp. 933-940, 2002.
[18] Y. W. Kim, M. Mitomo, H. Hirotsuru, Microstructural development of silicon carbide containing large seed grains, Journal of the American Ceramic Society, vol. 80, pp. 99-105, 1997.
[19] A. Noviyanto, D.-H. Yoon, Rare-earth oxide additives for the sintering of silicon carbide, Diamond and Related Materials, vol. 38, pp. 124-130, 2013.
[20] P. Tatarko, Š. Lojanová, J. Dusza, P. Šajgalík, Influence of various rare-earth oxide additives on microstructure and mechanical properties of silicon nitride based nanocomposites, Materials Science and Engineering: A, vol. 527, pp. 4771-4778, 2010.
[21] H. Liang, X. Yao, J. Zhang, X. Liu, Z. Huang, The effect of rare earth oxides on the pressureless liquid phase sintering of α-SiC, Journal of the European Ceramic Society, vol. 34, pp. 2865-2874, 2014.
[22] T. Nagano, H. Gu, K. Kaneko, G. D. Zhan, M. Mitomo, Effect of Dynamic Microstructural Change on Deformation Behavior in Liquid-Phase-Sintered Silicon Carbide with Al2O3–Y2O3–CaO Additions, Journal of the American Ceramic Society, vol. 84, pp. 2045-2050, 2001.
[23] J.-H. Lee, D.-Y. Kim, Y.-W. Kim, Grain boundary crystallization during furnace cooling of α-SiC sintered with Y2O3–Al2O3–CaO, Journal of the European Ceramic Society, vol. 26, pp. 1267-1272, 2006.
[24] W. Kingery, H. Bowen, D. Uhlmann, Introduction to ceramics, Jhon Willey & Sons, 1976.
[25] Y.-W. Kim, Y.-I. Lee, M. Mitomo, Sinterability of nano-sized silicon carbide powders, Journal of the Ceramic Society of Japan, vol. 114, pp. 681-685, 2006.
[26] H. Gu, T. Nagano, G. D. Zhan, M. Mitomo, F. Wakai, Dynamic Evolution of Grain‐Boundary Films in Liquid-Phase-Sintered Ultrafine Silicon Carbide Material, Journal of the American Ceramic Society, vol. 86, pp. 1753-1760, 2003.
[27] W. Boecker, H. Landfermann, H. Hausner, The influence of powder characteristics on the sintering of α SiC, Powder Metallurgy International, vol. 13, pp. 37-39, 1981.
[28] K. Young-Wook, M. Mitomo, L. June-Gunn, Influence of silica content on liquid phase sintering of silicon carbide with yttrium-aluminum garnet, Journal of the Ceramic Society of Japan, vol. 104, pp. 816-818, 1996.
[29] I.-W. Chen, X.-H. Wang, Sintering dense nanocrystalline ceramics without final-stage grain growth, Nature, vol. 404, pp. 168-171, 2000.