Synthesis, processing and characterization of ZrB suíndice 2-based ultra high temperature ceramics UHTC for aerospace applicationsReportar como inadecuado




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Advisors: Vleugels, JozefRuiz Navas, Elisa MaríaKumar Swarnakar, Akhilesh supervisor

Contributor: Katholieke Universiteit te Leuven

Department-Institute: Universidad Carlos III de Madrid. Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química

Degree: Ingeniería Industrial

Issued date: 2009-06

Defense date: 2010

Keywords: Cerámica industrial , Ensayo de materiales , Materiales compuestos , Procesos de sinterización

Rights: Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España

Abstract: 

The high melting temperature of ultra-high temperature ceramics UHTCs makes ZrB2-based composites potential candidates for aerospace applications. Full densification of these composites faces major challenge due to the strong covalent bonding and the high-meThe high melting temperature of ultra-high temperature ceramics UHTCs makes ZrB2-based composites potential candidates for aerospace applications. Full densification of these composites faces major challenge due to the strong covalent bonding and the high-melting point, although with additions of SiC, ZrC, MoSi2, etc. densification can be achieved at reasonable temperatures. The present work investigates the preparation and analysis of ZrB2-SiC 20vol % composites with different polytypes and sizes of SiC starting powders sintered by Spark Plasma Sintering SPS. Microstructural analyses were performed using scanning electron microscopy and X-ray diffraction, whereas mechanical properties like hardness, toughness, flexural strength, etc. were measured for a better understanding of the materials. Selfsynthesised ZrB2 powders were prepared and compared against commercial powders. Property changes due to the addition of MoSi2 instead of SiC were also studied and documented. For ZrB2-SiC 20vol % composites, SPS at 1900ºC and 50 MPa with a dwell time of 5 minutes is sufficient to achieve nearly full densification. SiC polytypes a and b showed similar densification behaviour, whereas the nanometre sized SiC improved the properties due to better grain growth inhibition. The experimental work reveals that the finer particle size of self-synthesized submicrometer ZrB2 powders leads to an excellent performance during sintering. Dynamic Young’s modulus and damping were measured by the Impulse Excitation Technique IET at elevated temperature in vacuum 10-5mbar under resonance free vibration conditions. The Young’s modulus decreases linearly with temperature by 12 % up to 1250°C and two damping peaks, presumably due to the presence of B2O3 and an amorphous grain boundary phase were observed in the ZrB2-SiC composites. The room temperature stiffness of the ZrB2-SiC composites was higher than for the ZrB2-MoSi2 composites. +- 

La alta temperatura de fusión del grupo denominado en ingles ultra-high temperature ceramics UHTCs hace de los compuestos de base ZrB2 candidatos potenciales para aplicaciones aeroespaciales. El gran reto que tienen que afrontar este grupo de materiales es lLa alta temperatura de fusión del grupo denominado en ingles ultra-high temperature ceramics UHTCs hace de los compuestos de base ZrB2 candidatos potenciales para aplicaciones aeroespaciales. El gran reto que tienen que afrontar este grupo de materiales es la consecución de una completa densificación. Este objetivo es complicado debido a que el ZrB2 posee un enlace covalente es muy fuerte y que su punto de fusión es muy alto. La adición de pequeñas cantidades de carburo de silicio, ZrC o MoSi2, provocan que la densificación pueda lograrse a temperaturas razonables. El presente trabajo estudia la sinterización mediante la técnica de Spark Plasma Sintering de compuestos ZrB2-SiC 20Vol% y analiza las diferencias según la morfología de los aditivos. La caracterización del material sinterizado se llevo a cabo mediante microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X. También se realizaron diferentes ensayos mecánicos para la medición de propiedades mecánicas como la dureza, tenacidad, resistencia a la flexión, etc. Tras el estudio de estos materiales sinterizados a partir de polvos comerciales, se sintetizaron en el laboratorio los polvos de ZrB2 para observar su comportamiento. También se utilizó MoSi2 como aditivo en vez de carburo de silicio. En este resumen de la tesis se hará un recorrido a lo largo del proyecto para mostrar el desarrollo general que se siguió así como los principales resultado y conclusiones.+- 







Autor: Mínguez López, Pablo José

Fuente: http://e-archivo.uc3m.es



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