تشکیل ساختار هسته-پوسته برای افزایش استحکام سرامیک های ZrB2
Core-shell structure: An effective feature for strengthening ZrB2 ceramics
سرامیک های بسیار دما بالا (UHTCها) موادی هستند که در دماهای فراتر از 1600 درجه سانتیگراد به کار می روند و عمدتا دارای دمای ذوب بالاتر از 3000 درجه هستند و خواص حرارتی-مکانیکی فوق العاده ای دارند. در سال های گذشته، مطالعات فراوانی بر بهبود شرایط فرایندی، عملکرد مکانیکی و مقاومت به اکسیداسیون این مواد تمرکز کرده اند، اما فقط تعداد محدودی از مطالعات به محدوده دمایی که این مواد می توانند به کار روند، پرداخته اند. مشخصا، رفتار خزش و تغییر شکل به محدوده دمایی 1425 تا 1600 محدود می شود، اما دماهای بالاتر تا کنون کم تر بررسی شده اند اما برای بررسی واکنش این مواد به شرایط سخت، بایستی آن را نیز در نظر گرفت. بیشتر مطالعات در مورد خزش این مواد، ZrB2 تقویت شده با SiC، ZrN و Si3N4 را بررسی کرده اند که فازهای ثانویه متداولی برای بهبود چگالش، بهبود مقاومت به اکسیداسیون و خواص مکانیکی، هستند. نشان داده شده است که کاهش اندازه دانه ZrB2 یا هرکدام از فازهای ثانویه کامپوزیت و افزایش کسر حجمی SiC، می تواند به مکانیزم خزش شتاب دهد که به دلیل فاز شیشه های بین فازی است که لغز دانه-مرز را بیشتر می کند و در فصل مشترک زمینه-ذرات، حفراتی تشکیل می دهد. با این وجود، SiC یا SiO2 برای حالتی که این مواد در دماهای متوسط در معرض محیط اکسنده قرار می گیرند، مورد نیاز خواهند بود.
در پژوهشی که در مجله Scripta Materialia منتشر شده است، رفتار فشار گرم دو سرامیک ZrB2 دارای ذرات SiC یا WSi2 بررسی شده است. حضور SiC خزش قابل توجهی را در دمای 1700 فعال کرد که به دلیل نفوذ سیلیکا می باشد که فصل مشترک SiC/SiC را نرم می کند، اما در نمونه ای که دارای WSi2 بود، تغییر شکل در بالاتر از دمای 1900 درجه رخ داد. میزان محدود ذرات SiC، که مسئول تشکیل حفرات هستند، و تشکیل محلول جامد (Zr,W)B2 که می تواند از طریق تغییر شکل پلاستیک بار مکانیکی بالایی را تحمل کند، عواملی هستند که موجب بهبود عملکرد محیط های بسیار داغ می شود. مشخصا، فعالیت نابجایی در محلول جامد نقش مهمی در دماهای بسیار بالا، بازی می کند. در نمونه های دارای تنگستن، ساختار هسته پوسته تشکیل شد که تاثیر مثبتی بر خواص مکانیکی دارد چون جدایش یونی در مرزهای دانه و تجمع نابجایی در فصل مشترک، امکان تغییر شکل پلاستیک را فراهم می کند و در نتیجه نمونه ها می توانند بار بیشتری را تحمل کنند.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes-مترس)