KFUPM ePrints

Effect of Silicon Carbide (SiC) and Tungsten Carbide (WC) Reinforcements on the Properties of (α)-SIALON Ceramic-Based Nano Composites

l Effect of Silicon Carbide (SiC) and Tungsten Carbide (WC) Reinforcements on the Properties of (α)-SIALON Ceramic-Based Nano Composites. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF (MS Thesis) - Accepted Version
Restricted to Abstract Only until 29 March 2017.

6Mb

Arabic Abstract

xv ملخص الرسالة الاسم الكامل: راجا محمد اوس خان  -SIALON عنوان الرسالة: تأثير كل من كربيد السيلكون و كربيد التنغستون على تقوية خصائص سيرميكيات النانو ال التخصص: الهندسة الميكانيكية تاريخ الدرجة العلمية: ديسمبر, 2015 عرفت مواد السايلون السيراميكية كمواد ملائمة لدرجات الحرارة العالية بسبب خواصها الحرارية والميكانيكية المتميزة، كالقوة والصلابة و مقاومة التآكل والاستقرار الكيميائي في درجات الحرارة العالية، وهو ما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب مقاومة التآكل والاستقرار الحراري والقوة. في هذه الدراسة، استخدم طور الألفا-سايلون كمادة الأساس لتطوير المادة المركبة. استخدمت المواد الأولية في حجم النانو إلى جانب إضافة أكسيد الكالسيوم لتحضير طور الألفا –سايلون منفردا في صورة عالية الكثافة ، والذي انعكس 7.29 (. حضر طور الألفا- aPG.m1/ 21.06 ( والمتانة 2 aPG على خواص ميكانيكية عالية ممثلة في الصلابة 1500 ( و في وقت قصير °C سايلون بتقنية التلبيد بالشرارة الكهربائية والبلازما على درجة حرارة منخفضة نسبيا نسبيا 30 دقيقة (. 2 ≈( بشكل ناجح مع طور الألفا-سايلون، والمضافة بوزن يصل μm خلطت جسيمات كاربيد السيليكون المايكرونية حتى 30 % من وزن الألفا سايلون لتطوير الخصائص الميكانيكية للمادة المركبة. بلغت أعلى قيمة للصلابة لمركب 24.53 ، بينما بلغت aPG - الألفا-سايلون وجسيمات كاربيد السيليكون المايكرونية -بوزن قدره 30 % من وزن الأول .11.86 aPG.m1/ أعلى قيمة للمتانة 2 50 ( لم يظهر خواصا ميكانيكية جيدة بسبب ضعف mm مركب الألفا-سايلون و جسيمات كاربيد السيليكون النانوية توزع الجسيمات في مادة الأساس الألفا-سايلون(. 3.5 ( توزعا متجانسا في مركبها مع الألفا-سايلون إذا كان وزن μm أظهرت جسيمات كاربيد التنجستن المايكرونية الجسيمات 10 % من وزن مادة الأساس الألفا-سايلون(، بينما ييتدهور هذا التوزع كلما زادت كمية الجسيمات المضافة. 23.46 بينما aPG ، أظهرت القياسات أن خاصية الصلابة لمركب الألفا-سايلون و كاربيد التنجستن 10 % ( تساوي .19.42 aPG.m1/

English Abstract

SiAlON-based ceramics have been widely used as high temperature materials due their superior mechanical and thermal properties. These ceramics exhibit excellent combination of high strength, hardness, wear resistance and are chemically stable even at elevated temperature. As a result, SiAlON based ceramics possess great potential for applications where high wear resistance, thermal stability and strength are required. In the present study, α-SiAlON, one of the major phases of SiAlON ceramics, was used as a matrix for producing composites. Dense single phase (monolithic) α-SiAlON exhibiting high mechanical properties, namely hardness (Hv10 21.06 GPa) and fracture toughness (7.29 MPa.m1/2), was synthesized by using nano-sized powder precursors and calcium oxide (CaO) as an additive, via spark plasma sintering technique (SPS) for consolidation at a relatively low temperature of 1500 °C and holding time of 30 min. Micron sized silicon carbide SiC (~ 2 μm) particles, up to 30 weight % (wt. %), were successfully dispersed as a second phase in the α-SiAlON matrix to further enhance the mechanical properties of the composite ceramics. For α-SiAlON composites reinforced with SiC (μm), the highest hardness of 24.53 GPa (Hv10) and highest fracture toughness of 11.86 MPa.m1/2 were achieved for 30 wt. % SiC (μm). Sialon composites prepared with nano-size silicon carbide SiC (50 nm) did not yield good results due to poor dispersion and formation of SiC clusters within the matrix. Composite ceramic with micron sized tungsten carbide WC (~ 3.5 μm) showed homogenous dispersion for composite with 10 weight % WC, while the level of dispersion decreased with increase in amount of second phase. For α-SiAlON/10 wt. % WC (μm) composite, the hardness and fracture toughness were measured to be 23.46 GPa (Hv10) and 19.42 MPa.m1/2 respectively.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Committee Advisor:Laoui, Tahar
Committee Members:S. Hakeem, Abbas and Nouari, Saheb
ID Code:139906
Deposited By:RAJA MUHAMMAD AWAIS KHAN (g201305810)
Deposited On:03 Apr 2016 08:46
Last Modified:03 Apr 2016 08:46

Repository Staff Only: item control page