بررسی اثر افزودن نیترید بور بر خواص مکانیکی کامپوزیت Si۳N۴/BAS/BN تف جوشیشده به روش پلاسمای جرقه ای

Si۳N۴ به دلیل خواص مکانیکی بالا، شوک پذیری حرارتی مناسب، پایداری در محیط های خورنده و اکسیدی و شفافیت بالا نسبت به امواج الکترومغناطیسی در محدوده مایکروویو به عنوان ماده ای منحصربفرد برای کاربردهای مهندسی در شرایط بحرانی مطرح است. بدلیل ضریب نفوذ در خود پایین و پیوندهای کووالانسی قوی، تف جوشی Si۳N۴ بدون افزودنی با مشکلات فراوانی همراه است. در این پژوهش کامپوزیت سازی Si۳N۴ با نیترید بور/ آلومینوسیلیکات باریم (Si۳N۴/BAS/BN ) با نسبت وزنی ۷۰ به ۳۰ درصد وزنی به روش تف جوشی پلاسمای جرقه ای (SPS) انجام شد. ایجاد فاز شیشه ای آلومینوسیلیکات باریم براساس مکانیزم تف جوشی فاز مایع منجر به افزایش نسبت چگالی حقیقی به تئوری تا % ۹۶/۱۰ در مقایسه با Si۳N۴ خالص با چگالی نسبی %۷۶/۹۶ شد. همچنین افزودن میزان نیترید بور در مقادیر۳ تا ۹ درصد وزنی باعث افزایش استحکام خمشی کامپوزیت از ۲۱۸ تا ۲۶۸ مگاپاسکال شد. بررسی خواص مکانیکی نمونه های ساخته شده بیانگر این است که نمونه دارای ۹ درصد وزنی نیترید بور تف جوشی شده، دارای بالاترین میزان استحکام خمشی ۲۶۸/۷۵ مگاپاسکال بوده و دارای سختی ۶۵۴ ویکرز است. بررسی های ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز فازی توسط پراش پرتو ایکس نشان داد که افزودن BN باعث رشد دانه های β-Si۳N۴ با مکانیزم انحلال، نفوذ و رسوبگذاری (SDP) شده و در نتیجه نقش موثری در افزایش استحکام خمشی نمونه ها در مقایسه با نمونه بدون نیترید بور دارد.

کلیدواژه ها:

Si۳N۴ ، کامپوزیت ، شیشه سرامیک ، تفجوشی پلاسمای جرقهای ، آلومینوسیلیکات باریم ، نیترید بور