1984
ABSTRACT
The effect of the addition of silicon carbide and boron car-bide powders on the properties of ZrB2 ceramic compos-ites constituting ultra high temperature ceramics (UHTC) was investigated. Polycrystalline zirconium boride samples, as well as composites with the matrix of this phase with the addition of 2 wt.% and 10 wt.% of SiC and B4C were obtained by pressure-assisted sintering using SPS/FAST (spark plasma sintering/field assisted sintering technol-ogy) and HP–HT (high pressure – high temperature) methods. The composites were characterized in terms of phase composition, microstructure, hardness and fracture toughness. It has been stated that they had a high relative density in the range of 97% to 98%. Higher hardness and fracture toughness was observed for composites with the addition of ceramic phase obtained by HP–HT method. keywords: UHTC ceramics materials, Fracture toughness, SPS/FAST, HP–HT
1. Introduction
Ceramic materials based on transition metals (Zr, Hf, etc.) are characterized by a unique combination of properties such as high melting point and hardness while maintaining resistance to chemical agents. The melting point of these materials is close to 3000 °C or higher, which makes them belong to the group of high-melting ceramics known as UHTC (ultra-high tempera-ture ceramics) [1, 2]. The characteristic properties of these materials determine their potential use for the manufacture of machine parts and equipment, thermal
Ocena odporności na pękanie kompozytów UHTC na bazie ZrB
2otrzymanych metodą SPS oraz HP–HT
Assessment of fracture toughness of ZrB
2based UHTC composites
obtained by SPS and HP–HT methods
Elżbieta Bączek*, Annamaria Naughton-Duszova, Marcin Podsiadło, Aleksandra Dubiel Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania,
30-011 Kraków, ul. Wrocławska 37A, *e-mail: elzbieta.baczek@ios.krakow.pl
STRESZCZENIE
W pracy badano wpływ dodatku proszków węglika krzemu i węglika boru na właściwości kompozytów ceramicznych na bazie ZrB2, stanowiących materiały UHTC (ang. ultra
high temperature ceramics). Próbki z polikrystalicznego
dwuborku cyrkonu, jak również kompozyty na osnowie tej fazy z dodatkiem 2% i 10% wag. SiC oraz B4C, otrzymano na drodze spiekania wspomaganego ciśnieniowo przy użyciu metody SPS/FAST (ang. spark plasma sintering/
field assisted sintering technique) oraz HP–HT (ang. high pressure – high temperature). Otrzymane kompozyty
scha-rakteryzowano pod kątem składu fazowego, mikrostruk-tury, właściwości mechanicznych i odporności na pękanie. Uzyskane materiały charakteryzują się wysoką gęstością względną w zakresie od 97% do 98%. Wykazano wyższą twardość oraz odporność na pękanie dla kompozytów o osnowie dwuborku cyrkonu z dodatkiem faz ceramicz-nych otrzymaceramicz-nych metodą HP–HT.
słowa kluczowe: ceramika UHTC, odporność na pękanie, SPS/FAST, HP–HT
1. Wprowadzenie
Materiały ceramiczne na bazie metali przejściowych (Zr, Hf itp.) odznaczają się unikatowym połączeniem takich właściwości jak wysoka temperatura topnienia i twardość przy zachowaniu odporności na działanie czynników chemicznych. Temperatura topnienia tych materiałów jest bliska 3000 °C lub wyższa, co sprawia, że należą one do grupy ceramiki wysokotopliwej określanej mianem UHTC (ang. ultra-high temperature ceramics) [1, 2]. Charakterystyczne właściwości tych materiałów determinują ich potencjalne wykorzystanie do
wytwa-protection components, leading edges in aircrafts, as well as cutting tools. The high melting point and oxida-tion resistance allows their use in the space industry, e.g. on jet engine nozzles [3–5].
The manufacturing processes and physico-mechan-ical properties of the ZrB2 based ceramics have been
extensively described in [6–8]. The high temperature consolidation of ZrB2 powders without additives is
dif-ficult due to their low sinterability resulting from the strong covalent bonds in the structure of ZrB2. In order
to improve the sinterability of ZrB2 and increase fracture
toughness or bending strength, additives are added that allow to reduce the sintering temperature, which favorably limits the grain growth.
The pressure sintering technologies of powder ma-terials developed in the last decade, including the SPS/ FAST and HP-HT methods, expand the possibilities of sintering and research on materials with a high melt-ing point. The heatmelt-ing process in the SPS method is carried out as a result of the current flow through the stamps and the graphite matrix or by the compressed powder bed. During the current flow through the pow-der at the contact points of the powpow-der grains, a spark discharge occurs, which removes adsorbed gases and oxides from the surface of the particles. This facilitates the formation of active contacts between the sintered powder particles and allows the process to be carried out at a lower temperature than in the case of classical methods and in a much shorter time [10]. The obtained materials are characterized by a density close to the theoretical density.
The aim of this study was to investigate the effect of SPS/FAST and HP-HT methods and addition of SiC and B4C on microstructure development, hardness and
fracture toughness of ZrB2-based ceramics.
rzania części maszyn i urządzeń, komponentów ochrony termicznej, krawędzi natarcia w samolotach, a także narzędzi skrawających. Wysoka temperatura topnienia i odporność na utlenianie pozwala na ich zastosowanie w przemyśle kosmicznym, np. na dysze silników rakie-towych [3‒5].
Procesy wytwarzania i właściwości fizykomechanicz-ne ceramiki na bazie ZrB2 zostały szeroko opisane w
pra-cach [6‒8]. Konsolidacja wysokotemperatura proszków ZrB2 bez dodatków modyfikujących jest trudne ze
wzglę-du na ich niską spiekalność, wynikającą z silnego wiąza-nia kowalencyjnego ZrB2. Aby poprawić spiekalność ZrB2
oraz zwiększyć odporność na pękanie czy wytrzymałość na zginanie, wprowadza się dodatki umożliwiające ob-niżenie temperatury spiekania, co korzystnie wpływa na ograniczenie rozrostu ziarna.
Rozwijane w ostatniej dekadzie ciśnieniowe techniki spiekania materiałów proszkowych, w tym metoda SPS/ FAST i HP–HT, poszerzają możliwości wytwarzania spie-ków oraz prowadzenia prac badawczych dotyczących materiałów o wysokiej temperaturze topnienia. Proces nagrzewania w metodzie SPS realizowany jest w wyniku przepływu prądu poprzez stemple i matrycę grafitową lub przez sprasowane złoże ziaren proszku. W czasie przepływu prądu przez proszek w miejscach kontaktu ziaren proszku następuje wyładowanie iskrowe, któ-re usuwa z powierzchni cząstek zaadsorbowane gazy i tlenki. Ułatwia to powstanie aktywnych kontaktów pomiędzy spiekanymi cząstkami proszku i pozwala na przeprowadzanie procesu w temperaturze niższej niż w przypadku klasycznych metod i w znacznie krótszym czasie [10]. Otrzymane materiały charakteryzują się gęstością zbliżoną do gęstości teoretycznej.
Celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu metod SPS/FAST i HP–HT oraz dodatku SiC i B4C na rozwój
mi-krostruktury, twardość i odporność na pękanie ceramiki na bazie ZrB2.
Tabela 1. Charakterystyka proszków, z których wykonano mieszanki na spieki ceramiczne. Table 1. Characteristics of powders from which mixtures for ceramic sinters were made.
Proszek / Powder
Gatunek / Type
Średnia wielkość cząstek / Average particle size
[µm]
Dostawca / Provider
Dwuborek cyrkonu /
Zirconium diboride ZrB2 typ B 1,5–3
H.C. Starck, Niemcy / Germany Węglik krzemu /
Silicon carbide SiC Typ UF 15 0,4–0,6
Węglik boru /
2. Material and methodology of research
The test material consisted of ceramic sinters made from powders of zirconium diboride with the addition of 2% and 10% by weight of silicon carbide and boron carbide (Table 1). The shape and size of the powder particles were determined using scanning electron mi-croscopy (Fig. 1).
The prepared powder mixtures were ground for 2 h in a high energy planetary mill Pulverisette 6 with a WC-Co bowl and balls in the presence of liquid (ac-etone) at 200 rpm. The ratio of the mass of the balls to the mass of the ground powder was 10:1. The obtained powder mixtures (Fig. 2) were placed in a graphite ma-trix for sintering using the SPS/FAST method (Fig. 3a). The SPS sintering process of the composites was carried out under argon at a temperature range of 1800 °C to 2000 °C for 10 min and under a pressure of 35 MPa.
In the case of HP-HT sintering, the ø15 × 5 mm compacts were pre-pressed at a pressure of ~100 MPa, 2. Materiał i metodyka badań
Materiał do badań stanowiły spieki ceramiczne wytwo-rzone z proszków dwuborku cyrkonu z dodatkiem 2% i 10% mas. węglika krzemu i węglika boru (Tabela 1). Kształt oraz wielkość cząstek proszków określono za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (Rys. 1). Przygotowane mieszanki proszków mielono w wy-sokoenergetycznym młynie planetarnym Pulverisette 6 z użyciem misy i kul z WC-Co, w obecności cieczy (aceton) przy prędkości 200 obr./min w czasie 2 go-dzin. Stosunek masy kul do masy mielonego proszku wynosił 10:1. Otrzymane mieszanki proszków (Rys. 2) umieszczono w matrycy grafitowej do spiekania metodą SPS/FAST (Rys. 3a). Proces spiekania SPS kompozytów prowadzono w atmosferze argonu w zakresie tempe-raturowym 1800 °C do 2000 °C w czasie 10 min i pod ciśnieniem 35 MPa.
W przypadku spiekania metodą HP–HT wypraski o wy-miarach ø15 × 5 mm prasowano wstępnie pod
a) b)
c)
Rys. 1. Obrazy SEM proszków wyjściowych: a) dwuborek cyrkonu, b) węglik krzemu, c) węglik boru. Fig. 1. SEM images of the starting powders: a) zirconium diboride, b) silicon carbide, c) boron carbide.
placed in a graphite heater, and then in a special reac-tion cartridge. The HP-HT sintering process was car-ried out at 1900 °C ± 50 °C at 7.5 GPa and during 60 s (Fig. 3b).
The produced sinters were tested for physical and mechanical properties. The apparent density was mea-sured in accordance with the PN-EN 632–2 standard, using saturation in a vacuum. The measurements of hardness and KIc coefficient of the materials tested
were made using the Vickers method using a FLC-50VX hardness tester from Future-Tech Corp. The hardness tests were carried out using a load of 9.81 N (HV1), and the KIc coefficient measurements with a load of 98.1 N
(HV10). The result of hardness and KIc was the average
niem ~100 MPa, umieszczano w grzejniku grafitowym, a następnie w specjalnym wkładzie reakcyjnym. Proces spiekania metodą HP–HT prowadzono w temperaturze 1900 °C ± 50 °C pod ciśnieniem 7,5 GPa i w czasie 60 s
(Rys. 3b).
Wytworzone spieki przebadano pod kątem właści-wości fizycznych i mechanicznych. Gęstość pozorną mie-rzono zgodnie z normą PN‒EN 632‒2, wykorzystując nasycanie w próżni. Pomiary twardości i współczynnika
KIc badanych materiałów wykonano metodą Vickersa za
pomocą twardościomierza FLC‒50VX firmy Future‒Tech Corp. Badania twardości realizowane były z zastosowa-niem obciążenia 9,81 N (HV1), a pomiary współczynnika
KIc przy obciążeniu 98,1 N (HV10). Wynik twardości oraz
a) b)
Rys. 3. Urządzenia do spiekania wykorzystane w pracy: a) aparatura SPS wraz z elementami grafitowymi i komorą pieca, b) urządzenie HP‒HT typu Bridgmana z toroidalnymi kowadłami.
Fig. 3. Sintering equipment used in the work: a) SPS apparatus with graphite elements and furnace chamber, b) Bridgman type HP-HT device with toroidal anvils.
a) b)
Rys. 2. Kształt i wielkość cząstek proszków mielonych w młynie planetarnym: a) mieszanina ZrB2 + 10% mas. SiC, b) mieszanina
ZrB2 + 10% mas. B4C.
of at least 5 measurements for each sample tested. The Young’s modulus was also measured by the ultrasound method using a Panametrics Epoch III flaw detector for measuring the velocity of transverse and longitu-dinal wave propagation. The phase composition of the sintered materials was determined by X-ray diffraction (XRD), using an Empyrean diffractometer (PANalytical). Materials after sintering processes were subjected to microstructure observations using scanning electron microscopy (SEM, JEOL-6460LV microscope from JEOL), as well as microanalysis of chemical composition by EDS method.
3. Research results and discussion
The obtained test results can be analyzed and presented in the aspect of the influence of modifiers and sinter-ing techniques on the change of microstructure and selected physical and mechanical properties of sinters based on ZrB2. Figs. 4–7 present the results of
physico-mechanical properties of sintered materials using the SPS method in the temperature range 1800–2000 °C for mixtures containing 2% and 10% by mass of SiC or B4C.
The relative density of sinters was in the range (97– 99)%, Young’s modulus in the range from 348 GPa to approx. 486 GPa. There was no significant effect of the modifiers introduced on the density of the materials tested. The highest hardness (over 19 GPa HV1) were characterized by sintered materials at 1900 °C. The fracture toughness value KIc(HV10) was in the range
of 2.9 MPa∙m1/2 – 6.5 MPa∙m1/2 for sinters containing
10 wt.% SiC and obtained at 1800 °C. Analysis of the obtained data showed that the best properties are char-acterized by materials obtained at 1900 °C and 2000 °C for the sintering process parameters used.
Physico-mechanical properties of sinters obtained by SPS and HP-HT at 1900 °C are shown in Figs. 8–11.
KIc stanowił średnią z co najmniej 5 pomiarów dla każdej
badanej próbki. Wykonano również pomiar modułu Younga ultradźwiekową metodą pomiaru prędkości przechodzenia fali poprzecznej i podłużnej, wykorzy-stując do tego celu defektoskop Panametrics Epoch III. Skład fazowy materiałów po spiekaniu wyznaczono metodą dyfrakcji rentgenowskiej XRD, z użyciem dy-fraktometru Empyrean firmy PANalytical. Materiały po procesach spiekania poddano badaniom mikrostruktury przy pomocy skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM, mikroskop JSM‒6460LV firmy JEOL), a także mi-kroanalizie składu chemicznego metodą EDS.
3. Wyniki badań i dyskusja
Otrzymane wyniki badań można przeanalizować i przed-stawić w aspekcie wpływu modyfikatorów i technik spiekania na zmianę mikrostruktury i wybrane właści-wości fizyczne i mechaniczne spieków na bazie ZrB2.
Na Rys. 4‒7 przedstawiono wyniki badań właściwości fizyko-mechanicznych materiałów spiekanych metodą SPS w zakresie temperaturowym 1800–2000 °C dla mie-szanek zawierających 2% i 10% mas. SiC lub B4C.
Gęstość względna spieków mieściła się w granicach (97–99)%, moduł Younga w zakresie od 348 GPa do ok. 486 GPa. Nie odnotowano znaczącego wpływu wprowadzanych modyfikatorów na gęstość badanych materiałów. Najwyższą twardością (ponad 19 GPa HV1) charakteryzowały się materiały spiekane w temperatu-rze 1900 °C. Wartość odporności na pękanie KIc(HV10)
mieściła się w zakresie 2,9 MPa∙m1/2 – 6,5 MPa∙m1/2
dla spieków zawierających 10% mas. SiC i otrzymanych w temperaturze 1800 °C. Analiza otrzymanych danych wykazała, że dla zastosowanych parametrów procesu spiekania najlepszymi właściwościami charakteryzu-ją się materiały otrzymany w temperaturze 1900 °C i 2000 °C.
Rys. 4. Gęstość względna spieków otrzymanych metodą SPS w za-kresie temperaturowym 1800–2000 °C.
Fig. 4. Relative density of sinters obtained using the SPS method in the temperature range 1800–2000 °C.
Rys. 5. Moduł Younga spieków otrzymanych metodą SPS w zakresie temperaturowym 1800–2000 °C.
Fig. 5. Young’s modulus of sinters obtained using the SPS method in the temperature range 1800–2000 °C.
Rys. 8. Gęstość względna spieków otrzymanych metodą SPS i HP‒HT w temperaturze 1900 °C.
Fig. 8. Relative density of sinters obtained by SPS and HP-HT at 1900 °C.
Rys. 9. Moduł Younga spieków otrzymanych metodą SPS i HP‒HT w temperaturze 1900 °C.
Fig. 9. Young’s modulus of sinters obtained by SPS and HP-HT at 1900 °C.
Rys. 10. Twardość spieków otrzymanych metodą SPS i HP‒HT w tem-peraturze 1900 °C.
Fig. 10. Hardness of sinters obtained by SPS and HP-HT at 1900 °C.
Rys. 11. Współczynnik KIc spieków otrzymanych metodą SPS i HP‒HT
w temperaturze 1900 °C.
Fig. 11. KIc coefficient of sinters obtained by SPS and HP-HT at
1900 °C. Rys. 6. Twardość spieków otrzymanych metodą SPS w zakresie
temperaturowym 1800–2000 °C
Fig. 6. Hardness of sinters obtained using the SPS method in the temperature range 1800–2000 °C.
Rys. 7. Współczynnik KIc spieków otrzymanych metodą SPS w
za-kresie temperaturowym 1800–2000 °C.
Fig. 7. KIc coefficient of sinters obtained using the SPS method in
The incorporation of additives and the use of the HP--HT method allows obtaining materials with higher mechanical properties as compared to a monolithic ZrB2 material and materials from the SPS method. For
all sinters obtained using the HP-HT method, an incre-ase in hardness from 15 GPa (for pure ZrB2) to 20 GPa
(for the ZrB2 + 2% B4C system) was obtained, which
in the case of the SPS method was obtained only for material containing 10 wt.% of B4C. The highest
Youn-g’s modulus was measured for the ZrB2 + 10 wt.% SiC
Właściwości fizyko‒mechaniczne spieków otrzy-manych metodą SPS i HP‒HT w temperaturze 1900 °C przedstawiono na Rys. 8‒11.
Wprowadzenie dodatków oraz zastosowanie metody HP‒HT pozwala uzyskać materiały o wyższych właści-wościach mechanicznych w porównaniu do monolitycz-nego materiału oraz materiałów z metody SPS. W przy-padku wszystkich spieków otrzymanych metodą HP‒HT odnotowano wzrost twardości z 15 GPa (dla czystego ZrB2) do 20 GPa (dla układu ZrB2 + 2% mas. B4C), co
a) b) c)
d) e) f)
Rys. 13. Rozkład powierzchniowy pierwiastków próbki otrzymanej metodą HP‒HT w T = 1900 °C ± 50 °C pod ciśnieniem 7,5 GPa i w czasie 60 s: a) mikrostruktura, b) rozkład boru, c) rozkład cyrkonu, d) rozkład krzemu, e) rozkład tlenu, f) rozkład węgla.
Fig. 13. Surface distribution of elements of the sample obtained by HP-HT method at T = 1900 °C ± 50 °C under pressure of 7.5 GPa and time of 60 s: a) microstructure, b) boron distribution, c) zirconia distribution, d) distribution silicon, e) oxygen distribution, f) carbon distribution.
a) b)
Rys. 12. Mikrostruktury spieków ZrB2 + 10% mas. SiC: a) metoda SPS – temperatura 1900 °C, ciśnienie 35 MPa, czas spiekania 10 min, b)
metoda HP‒HT – temperatura 1900 °C ± 50 °C, ciśnienie 7,5 GPa i czas spiekania 60s.
Fig. 12. Microstructure of ZrB2 + 10 wt.% SiC sinters: a) SPS method – temperature 1900 °C, pressure 35 MPa, sintering time 10 min, (b)
composite (500 GPa), obtained by the HP-HT method. The analysis of the microstructure was made for sinters constituting ZrB2 starting material and with
ad-ditions of SiC and B4C, obtained by SPS and HP-HT at
1900 °C. An example of the microstructure of the sur-face of one of the materials (ZrB2 + 10 wt.% SiC) for both
production methods is shown in Fig. 12.
Intergranular and interphase boundaries are visible in the microstructure image of the material obtained by the SPS method (Fig. 12a). The material is characterized by high porosity and brittleness. Images of microstruc-tures show the differentiation of grain sizes and their growth. In the microstructure of materials obtained by SPS, small, bright areas are visible, which according to EDS microanalysis (Fig. 13) contain silicon and carbon. It can therefore be argued that it is silicon carbide SiC, added as an addition to the material. Differences in the shades of gray of ZrB2 grains result from their different
crystallographic orientation.
X-ray diffraction tests were performed on the surface of SPS and HP-HT sintered materials. There were no significant differences in the phase composition de-pending on the material sintering technique; Fig. 14 shows an exemplary diffraction pattern of the sinter with the composition ZrB2 + 10 wt.% SiC obtained by SPS
method at 1900 °C under pressure of 35 MPa and during 10 min. Analysis of the phase composition showed the presence of ZrB2 and SiC phases in the amount of 92%
and 8% by mass, respectively. For ZrB2 + 10 wt.% B4C
sinters both phases were indentified at 96 wt.% and 4 wt.%, respectively.
w przypadku metody SPS uzyskano tylko dla materiału zawierającego 10% mas. B4C. Najwyższy moduł Younga
zmierzono w przypadku kompozytu ZrB2+10% mas. SiC
(500 GPa), otrzymanego metodą HP‒HT.
Analizę mikrostruktury wykonano w przypadku spie-ków stanowiących materiał wyjściowy ZrB2 oraz z
do-datkami SiC i B4C, otrzymanych metodą SPS i HP‒HT
w temperaturze 1900 °C. Przykładową mikrostrukturę powierzchni jednego z materiałów (ZrB2 + 10% mas. SiC)
dla obu metod wytwarzania przedstawiono na Rys. 12. Na obrazie mikrostruktury materiału otrzymanego metodą SPS widoczne są granice międzyziarnowe i mię-dzyfazowe (Rys. 12a). Materiał charakteryzuje się dużą porowatością oraz kruchością. Obrazy mikrostruktur pokazują zróżnicowanie wielkości ziaren i ich rozrost. W mikrostrukturze materiałów otrzymanych metodą SPS widoczne są niewielkie jasne obszary, które według mikroanalizy EDS (Rys. 13) zawierają krzem oraz węgiel. Można zatem twierdzić, że jest to węglik krzemu SiC, wprowadzany jako dodatek do materiału. Różnice w od-cieniach szarości ziaren ZrB2 wynikają z ich odmiennej
orientacji krystalograficznej.
Badania dyfrakcji rentgenowskiej wykonano na po-wierzchni materiałów spiekanych metodą SPS i HP‒HT. Nie stwierdzono istotnych różnic w składzie fazowym w zależności od techniki spiekania materiału; Rys. 14 przedstawia przykładowy dyfraktogram spieku o skła-dzie ZrB2 +10% mas. SiC otrzymany metodą SPS w
tem-peraturze 1900 °C pod ciśnieniem 35 MPa i w czasie 10 min. Analiza składu fazowego wykazała obecność faz ZrB2 i SiC w ilości 92 i 8% mas. W przypadku spieków
ZrB2 + 10% mas. B4C zidentyfikowano obie fazy w ilości
odpowiednio 96% i 4% mas.
Rys. 14. Dyfraktogram spieku ZrB2 + 10% mas. SiC otrzymanego metodą SPS w temperaturze 1900 °C pod ciśnieniem 35 MPa i w czasie
10 min.
4. Conclusions
The performed research made it possible to determine the impact of SiC and B4C modifiers and production
methods SPS/FAST and HP-HT on the properties of sin-ters based on ZrB2. The obtained materials are
charac-terized by good physical and mechanical properties, the value of which does not differ from those presented in the literature, produced by other methods. The best SPS sintered materials were characterized by Young’s modulus above 450 GPa, hardness above 19 GPa (for sinters with 10 wt.% B4C addition) and a stress intensity
factor of about 4.5 MPa∙m1/2. Similarly, in the case of
the HP-HT method, all sinters containing SiC and B4C
additives are characterized by high hardness, above 19 GPa. The highest value of the stress intensity coef-ficient was recorded for sinters containing 2 wt.% of B4C (~ 6 MPa∙m1/2).
Acknowledgement
Project POWROTY/2016–1/3 is realized as part of the Powroty program of the Foundation for Polish Science co-financed by the European Union from the European Regional Development Fund.
4. Wnioski
Wykonane badania pozwoliły określić wpływ modyfi-katorów SiC i B4C oraz metod wytwarzania SPS/FAST
i HP-HT na właściwości spieków na bazie ZrB2.
Otrzy-mane materiały charakteryzują się dobrymi właściwo-ściami fizycznymi i mechanicznymi, których wartość nie odbiega od prezentowanych w literaturze, wytwarza-nych innymi metodami. Najlepsze materiały spiekane metodą SPS charakteryzowały się modułem Younga powyżej 450 GPa, twardością powyżej 19 GPa (dla spie-ków z dodatkiem 10% mas. B4C) oraz współczynnikiem
intensywności naprężeń około 4,5 MPa∙m1/2. Podobnie
w przypadku metody HP‒HT wszystkie spieki zawierają-ce dodatki SiC i B4C charakteryzują się wysoką
twardo-ścią, powyżej 19 GPa. Najwyższą wartość współczynnika intensywności naprężeń odnotowano dla spieku zawie-rającego 2% mas. B4C (~6 MPa∙m1/2).
Podziękowanie
Projekt POWROTY/2016‒1/3 jest realizowany w ra-mach programu Powroty Fundacji na rzecz Nauki Pol-skiej współfinansowanego przez Unię Europejską z Eu-ropejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.
Bibliografia/References
[1] Laszkiewicz-Łukasik, J., Jaworska, L., Putyra, P., Cygan, S., Cyboroń, J.: Badania właściwości tribo-logicznych ceramiki borkowej w temperaturach do 800 °C, Mechanik, nr 2 (2015), 213–222. [2] Stolarz, S.: Wysokotopliwe związki i fazy,
Katowi-ce, Wyd. Śląsk, 1974.
[3] Barbante, P. F., Magin, T. E.: Fundamentals of
hypersonic flight – Properties of high tempera-ture gases, Critical Technologies for Hypersonic
Vehicle Development, 2004.
[4] Richards, W. L.: Finite-Element Analysis of
a Mach-8 Flight Test Article Using Nonlinear Contact Elements, Scientific and Technical
Infor-mation Program, 1997.
[5] Wuchina, E., Opila, E., Opeka, M., Fahrenholtz, W., Talmy, I.: UHTCs: Ultra-High Temperature
Ceramics Materials for Extreme Environment Ap-plications, The Electrochemical Society Interface,
(2007), 30–36.
[6] Fahrenholtz, W. G., Hilmas, G. E., Talmy, I. G., Zaykoski, J. A.: Refractory diborides of zirconium
and hafnium, J. Am. Ceram. Soc., 95, (2007), 1347–1364.
[7] Neuman, E. W., Hilmas, G. E.: Mechanical pro-perties of zirconium-diboride based UHTCs, in:
Ultra-High Temperature Ceramics: Materials for Extreme Environment Applications, W.G.
Fahren-holtz, E.J. Wuchina, W.E. Lee, Y. Zhou (Eds.), John Wiley & Sons, Hoboken, NJ, 2014, 167–196. [8] Neuman, E. W., Hilmas, G. E., Fahrenholtz, W. G.:
Mechanical behavior of zirconium diboride – si-licon carbide – boron carbide ceramics up to 2200 °C, J. Eur. Ceram. Soc., 35, (2015), 463–476. [9] Jaworska, L., Putyra, P., Wyżga, P., Figiel, P.:
No-woczesne metody spiekania, Annales
Universita-tis Paedagogicae Cracoviensis, 6, (2013), 35–40.
[10] Hebda, M.: Spark Plasma Sintering – nowa tech-nologia konsolidacji materiałów proszkowych,
Mechanika, Czasopismo Techniczne,
Wydaw-nictwo Politechniki Krakowskiej 6-M, Zeszyt 11, 2012.
Otrzymano 27 listopada 2017, zaakceptowano 11 grudnia 2017 Received 27 November 2017, accepted 11 December 2017.
