Reaktif Spark Plazma Sinterleme Yöntemi İle B4c/sic Kompoziti Eldesi

Abstract

Bu çalışmada B4C-SiO2-C toz karışımından Reaktif Spark Plazma Sinterleme yöntemi kullanılarak farklı bileşimlerde SiC (hacimce % 5-10-15-20 SiC) içeren, B4C/SiC kompoziti elde edilmiştir. B4C- SiO2 -C tozları bilyalı değirmende, alkol ortamında SiC biyalar kullanılarak, 5 saat süreyle karıştırılmıştır. Daha sonra karışımın içinde bulunan alkol 80°C sıcaklıkta etüvden uzaklaştırılmıştır. Kurutulan tozlar 150µ altına elendikten sonra, 50 mm çapında grafit kalıplara yerleştirilerek, reaktif spark plazma sinterleme işlemine tabi tutulmuştur. Reaktif Spark plazma sinterleme 1700 °C–1750 °C’de 5 dk. sinterleme süresi 1670 ºC’de ise 15 ve 20 dk. sinterleme süreleri ile 40 MPa’da vakum ortamında Dr. Sinter SPS cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Grafit kalıplardan çıkarılan her bir numune kumlandıktan sonra, elmas disk yardımıyla hassas kesicide uygun boyutlarda kesilmiş ve elmas parlatıcılarla parlatılmıştır. Numunelerin yoğunluğu Archimed prensibi kullanılarak AND GR 200 yoğunluk cihazında ölçülmüştür. Hazırlanan değişik bileşimdeki bu numunelerin sertlikleri ve kırılma toklukları Duramin A300 Struers marka mikro sertlik cihazında 1 kg yük kullanılarak ölçülmüştür. Eğme mukavemetleri Shimadzu eğme cihazında ölçülmüştür. X ışınları analizi ile faz oluşumları incelenmiş, numunedeki yoğunluk, sertlik, kırılma tokluğu, eğme mukavemeti ve mikroyapısındaki değişiklikler araştırılmıştır. Reaktif spark plazma sinterlenmiş numunelerin mikroyapıları SEM tekniği ile incelenmiştir.

In this study, B4C/SiC composites containing different amounts of SiC (% 5-10-15-20) have been produced by Reactive Spark Plasma Sintering of B4C, SiO2 and C powder mixture. B4C, SiO2 and C powder mixtures were prepared in mixer by milling with SiC balls in ethanol for 5 hours. Then, powder mixture has been dried in an oven at 80°C and ethanol has been removed. After dried powder screened under 150 μm, it was put in to the graphite molds with 50mm inner diameter and started to Reactive Spark Plasma Sintering. Sintering process was carried out at 1700 °C-1750 °C for 5 min. and 1670 ºC for 15 -20 min. and under 40 MPa pressure in a vacuum by using Dr. Sinter SPS. After sintering process, Samples were sandblasted and cut by diamond wheel and were polished by diamond polishing solution. Samples densities were determined by Archimed’s technique. Hardness and Fracture toughness measurements were performed on micro Vikers Struers Duramin A-300, by applying 1kg load. Flextural strength of samples were measured by Shimadzu Autograph Device. The phase formation in the samples which have (% 5-10-15-20 SiC), was measured by an X-ray difractometer. The variation in density, hardness, fracture toughness, flextural strength and microstructure of samples were investigated. Microstructures of spark plasma sintered samples have been examined by SEM technique.