Bor Karbür - Titanyum Diborür Seramiklerinin Spark Plazma Sinterleme Yöntemiyle Üretilmesi Ve Karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada B4C - TiB2 seramiklerinin spark plazma sinterleme yöntemiyle üretilmesi ve karakterizasyonu amaçlanmıştır. Başlangıç malzemesi olarak kullanılan B4C ve TiB2 tozları, etanol içerisinde YSZ bilyeler yardımıyla 1 saat süreyle karıştırılmıştır. Sinterleme işlemi, hacimce %5, 10, 15 ve 20 oranında TiB2 içeren toz karışımları kullanılarak disk şekilli kalıplar yardımıyla 1760 ± 10 °C’de, 40 MPa basınç altında, 5 dakika süreyle vakum atmosferinde gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar sonunda B4C’nin düşük sinterlenebilme kabiliyeti ile mukavemet özelliklerinin geliştirilmesi, eğme mukavemeti, sertlik ve kırılma tokluğu gibi mekanik özellikleri incelenmiştir. Sinterlenmiş numuneler X-ışını analizi ve SEM görüntülemesi ile karakterize edilmiştir. Sertlik değerleri 1000 g yük altında ölçülmüş, yoğunluk ölçümleri ise Arşimed prensibi’ne göre gerçekleştirilmiştir. 3 nokta eğme testleri ile de eğme mukavemeti değerleri ölçülmüştür. B4C – TiB2 seramiklerinin mekanik özelliklerine Y2O3 katkısının etkileri de ayrıca incelenmiş, bu amaçla B4C tozuna hacimce %5, 10, 15 ve 20 oranında TiB2 ilavesinin yanısıra %3 oranında da Y2O3 eklenmiştir. Sinterleme işlemi aynı koşullar altında, 1740 ± 10 °C sıcaklık değerlerinde gerçekleştirilmiştir. Sinterlenmiş numunelerin yoğunluk, sertlik ve kırılma tokluğu ölçümleri ile karakterizasyonları aynı yöntemlerle yapılmıştır.

This study was carried out to produce and characterize B4C - TiB2 ceramics by spark plasma sintering. Initial B4C and TiB2 powders were mixed in ethanol solution with YSZ balls for 1 hour. Sintering was performed with 5, 10, 15 and 20 volume % TiB2 containing mixtures respectively in disc-shaped graphite dies. The applied pressure was 40 MPa at 1760 ± 10 °C for 5 minute sintering duration. The improvement of low sinterability and low strength of B4C was investigated as well as strength of flexibility, hardness and fracture toughness. The obtained products were characterized by X-ray diffraction and SEM imaging. The hardness values were measured under 1000 g load and the density values were measured with Archimedes principle. The 3-point bending tests and modulus of elasticity measurements were also conducted. The effects of Y2O3 addition on the mechanical properties of B4C - TiB2 ceramics were investigated as well. 3 vol. % Y2O3 was added into B4C powder along with 5, 10, 15 and 20 vol. % TiB2. Sintering was performed under the same conditions at 1740 ± 10 °C. Measurements of density, hardness and fracture toughness were carried out as well as characterization of the samples.