بررسی تأثیر افزودن نایوبیوم و گرافیت بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت آنتروپی متوسط TaC-VC-ZrC

گیلاسی, کامران; بلک, زهره

doi:10.22034/jmeut.2025.61613.3411

بررسی تأثیر افزودن نایوبیوم و گرافیت بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت آنتروپی متوسط TaC-VC-ZrC

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

² دانشیار، گروه مهندسی مواد، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

10.22034/jmeut.2025.61613.3411

چکیده

در این پژوهش، برای رسیدن به کامپوزیتی با سختی بالا، کامپوزیت‌های TaC-VC-ZrC و TaC-VC-ZrC/Nb/Gr به روش جرقه پلاسما در دمای C˚2000، زمان نگه‌داری 25 دقیقه و فشار MPa40 تف‌جوشی شدند. چگالی نسبی، سختی و چقرمگی شکست نمونه‌ها به ترتیب با روش ارشمیدس، ماکرو ویکرز و اندازه‌گیری طول ترک، اندازه‌گیری شد. ارزیابی ریزساختار نمونه‌ها و شناسایی فاز با استفاده از میکوسکوپ الکترونی روبشی میدانی (FESEM) و XRD انجام شد. کامپوزیت‌های TaC-VC-ZrC و TaC-VC-ZrC/Nb/Gr به ترتیب با چگالی‌های نسبی 6/99 و 3/96 با موفقیت تف‌جوشی شدند. مشخص شد که در نمونه TaC-VC-ZrC/Nb/Gr طی فرآیند آسیاکاری، مقداری کمی فاز NbC تشکیل می‌شود. افزودن Nb و Gr، به طور قابل توجهی سختی و چقرمگی شکست نمونه TaCZrCVC را افزایش می‌دهد، به نحوی که سختی از 2/22 گیگاپاسکال به 6/30 گیگاپاسکال و چقرمگی شکست از MPa m^0.5 6/4 در نمونه بدون افزودنی به MPa m^0.5 1/6 در نمونه حاوی افزودنی می‌رسد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

ارتباط ریزساختار و خواص

مراجع

[1] Fahrenholtz WG, Wuchina EJ, Lee WE, and Zhou Y. Ultra-high temperature ceramics: materials for extreme environment applications: John Wiley & Sons, 2014.

[2] Monteverde F, Bellosi A, Scatteia L. Processing and properties of ultra-high temperature ceramics for space applications. Materials Science and Engineering A. 2008;485:415-421.

[3] Zhang X, Hilmas GE, Fahrenholtz WG. Densification and mechanical properties of TaC-based ceramics. Materials Science and Engineering A. 2009;501:37-43.

[4] Zhang X, Hilmas GE, Fahrenholtz WG, Deason DM. Hot pressing of tantalum carbide with and without sintering additives. Journal of the American Ceramic Society. 2007;90:393-401.

[5] Nino A, Hirabara T, Sugiyama S, Taimatsu H. Preparation and characterization of tantalum carbide (TaC) ceramics. Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2015;52:203–208.

[6] Khaleghi E, Lin YS, Meyers M A, Olevsky EA. Spark plasma sintering of tantalum carbide. Scripta Materialia. 2010; 63:577-580.

[7] Lahiri D, Singh V, Rodrigues GR, Costa T, Gallas MR, Bakshi SR, Seal S, Agarwal A. Ultrahigh-pressure consolidation and deformation of tantalum carbide at ambient and high temperatures. Acta Materialia.2013;61:4001-4009.

[8] Shaker Hashem Al-Habib D, Balak Z, Shahedi Asl M. Spark plasma sinterability of TaC-based composites co-doped with SiC, TiC and graphene. Diamond and Related Materials. 2022;130:109496.

[9] Li Y, Liu Y, Guo C, Chen Y, Liang J, Zhang J, Guo L. Ablation resistance of ZrC-based composite coating with multi-layer structure for carbon/carbon composites above 2200 °C. Corrosion Science, 2022Oct;207:110600.

[10] Aramesh H, Balak Z, Shahedifar V. Calculating the interdiffusion coefficient in TaC/VC diffusion couple and investigation of solid solution formation an‌‌mechanical properties. Journal of alloys and compound. 2023 Dec; 967:171689.

[11] Gusev AI, Rempel AA, Magerl AJ. Disorder and Order in Strongly Nonstoichiometric Compounds, Transition Metal Carbides, Nitrides and Oxides. Springer; 2001.

[12] Balak Z, Shahedi Asl M, Azizieh M, Kafashan H, Hayati R. Effect of different additives and open porosity on fracture toughness of ZrB2–SiC-based composites prepared by SPS. Ceramics International. 2017;43:2209-2220.

[13] Balak Z, Zakeri M, Rahimipoor MR, Salahi E, Azizieh M, Kafashan H. Investigation of effective parameters on densification of ZrB2-SiC based composites using taguchi method. Advanced Ceramics Progress. 2016;2:7-15.

[14] Guo SQ. Densification of ZrB₂-based composites and their mechanical and physical properties: A review. Journal of the European Ceramic Society. 2009 Apr;29: 6995-1011.

[15] Salahi E, Balak Z, Zakeri M, Rahimipour MR. Taguchi design and hardness optimization of ZrB2-based composites reinforced with chopped carbon fiber and different additives and prepared by SPS. Journal of Alloys and Compounds. 2015; 639:617-625.