Effect of SiC particle size on the microstructural, mechanical and oxidation properties of In-situ synthesized $;HfB_2$ -SiC composites

SiC partikül boyutunun yerinde sentezleme yöntemi ile üretilen $;HfB_2$-SiC kompozitlerinin mikroyapısal, mekanik ve oksidasyon özellikleri üzerine etkisi

Abstract

In-situ synthesis and densification of hafnium diboride - silicon carbide ($;HfB_2$-SiC) ceramic composites were studied by the spark plasma sintering (SPS) method using $;HfB_2$, B, and SiC as starting powders. Influence of SiC particle size (∼2 µm and ∼10 µm) on mechanical properties and oxidation resistance of in-situ composites were extensively investigated. According to the achieved results, the highest densification (∼95 % TD) was obtained with fine SiC particle reinforcement. The measured Vickers hardness and fracture toughness of the composites containing fine SiC were 14.3 GPa and 5.42 MPa.m1/2, respectively. The fracture mode changed from transgranular cleavage to a mixed-mode, and the crack deflection was believed to be the primary toughening mechanism. From oxidation test result, the composite with fine SiC particles exhibited more inhomogeneous oxide scales compared to that of coarse SiC containing composite.

Özet

Hafniyum diborür-silisyum karbür ($;HfB_2$-SiC) seramik kompozitlerinin sentezlemesi ve yoğunlaştırılması, başlangıç tozları olarak $;HfB_2$, B ve SiC kullanılarak spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile incelenmiştir. SiC partikül boyutunun (∼2μm ve ∼10μm) üretilen kompozitlerin mekanik özellikleri ve oksidasyon direncine etkisi kapsamlı olarak araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre ince SiC partikül takviyesi ile en yüksek yoğunluk (∼% 95 TY) elde edilmiştir. İnce SiC içeren kompozitlerin ölçülen Vickers sertliği ve kırılma tokluğu sırasıyla 14.3 GPa ve 5.42 MPa.m1/2 olarak hesaplanmıştır. Kırılma türü tane içi halden tane sınırları şekline değişmiş olup, toklaştırma mekanizması olarak çatlak saptırmanın aktif olduğu gözlenmiştir. Oksidasyon testi sonucundan, ince SiC partiküllerine sahip kompozit yapının kaba SiC içeren kompozit yapıya kıyasla homojen olmayan oksit tabakası içerdiği gözlemiştir.