Sıcak presleme ile sinterlenmiş α-SiC matriksli B4C kompozitlerinin özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Silisyum karbür, sahip olduğu yüksek sertlik, düşük yoğunluk, yüksek oksidasyon direnci, termal iletkenlik, termal şok dayanımı ve değişmeyen eğme mukavemeti özellikleri ile günümüzde dikkat çeken ileri teknoloji seramik malzemeleri arasındadır. Son zamanlarda, silisyum karbürün şekillendirilmesinde basınçsız sinterleme yönteminin kullanılmaya başlanması bu malzemeye olan ilgiyi daha da arttırmıştır. Daha önceki çalışmalarda, silisyum karbüre belli miktarlarda yapılan bor karbür ilavesinin, farklı sıcaklıklarda silisyum karbürün yoğunluk ve kırılma tokluğu değerlerine yaptığı etki incelenmiş ve olumlu sonuçlar alınmıştır. Bu çalışmada SiC içine üç farklı oranda B4C ilavesi yapılmış, hazırlanan toz karışımları ve % 100 SiC içeren toz ile beraber üç farklı sıcaklıkta sıcak preste sinterlenmiştir. Basınç ve zaman sabit tutularak sinterlemeler 50MPa basınç altında 1 saat süre ile yapılmıştır. Sinterleme sonucu elde edilen malzemelerin mekanik ve mikroyapı özellikleri incelenmiştir. Bor karbür, hacimce % 5; 10 ve 15 oranlarında ilave edilmiştir. Malzeme, 2100C, 2200C ve 2250C sıcaklıklarda sinterlenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda, numunelerde sertlik, artan bor karbür ilavesi ve sıcaklığa bağlı olarak artmaktadır. Bor karbür ilavesi yapılmayan numunelerde sertlik değeri 200 ila 500 Vickers iken %15 B4C ilavesi yapılmış malzemede, 22500C’de 2000 Vickers değerine kadar artmıştır. B4C ilavesi ve artan sıcaklık, SiC’ün sinterlenebilme özelliğini olumlu yönde etkilemiş, yapıdaki poroziteler azalmış ve daha yoğun bir kompozit elde edilmiştir. B4C gevrek bir malzeme olmasına rağmen, sinterlemeye olan bu olumlu katkısı, sıcaklığın da yükselmesiyle beraber eğme mukavemeti değerlerinde de artışa sebep olmuştur.

Silicon Carbide, SiC, has received a special attention as advanced ceramic material recently since it offers superior properties such as high hardness, low bulk density, high oxidation resistance, thermal conductivity, thermal shock resistance. Recently, pressureless sintering has received attention as a most extensively practiced forming method for SiC. The effect of B4C addition on the densification of SiC was investigated as a function of temperature by hot pressing. A fine grained microstructure exhibiting high fracture toughness without formation of undesired discontinuous grain growth was obtained with an optimum B4C addition. In this study, B4C is added to SiC system in three different compositions and then powder mixtures and 100% SiC are hot pressed at temperatures of 2100C, 2200C and 2250C. Sintering pressure and time held constant, which are 50MPa and an hour. After sintering, specimens are studied by means of mechanical properties and microstructure. Boron carbide is added in ratios of 5%; 10%, 15% in volume. After sintering processes, hardness is affected by increasing temperature and addition of B4C. Specimens without B4C additive had hardness values of between 200–500 Vickers while the specimen with 15% B4C addition sintered at 2250oC had hardness value of up to 2000 Vickers. Also, increasing temperature and addition of B4C effect the relative density of the specimens too because of the improvement in the sintering ability of SiC. In spite of the boron carbides brittle structure, rupture strength also increases with the addition of B4C due to its positive influence to the sintering mechanism.