Engineered Role of SiC Particle Size on Multi‐Length‐Scale Wear Damage of Spark Plasma Sintered Zirconium Diboride

材料科学 放电等离子烧结 复合材料 断裂韧性 复合数 扫描电子显微镜 韧性 摩擦学 二硼化锆 碳化铌 弹性模量 碳化物 陶瓷
作者
Rubia Hassan,Kantesh Balani
出处
期刊:Advanced Engineering Materials [Wiley]
卷期号:22 (12) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adem.202000637
摘要

The engineered role of coarse‐SiC ( D 50 ≈72 μm) and fine‐SiC ( D 50 ≈3 μm) particles on the wear damage of zirconium boride (ZrB 2 ) is assessed at different length scales. Monolithic ZrB 2 and 20 vol% SiC reinforced ZrB 2 with SiC of two different particle sizes are consolidated via spark plasma sintering. Wear tests conducted on sintered samples for examining multi‐length scale performance include fretting (micro‐wear), micro‐scratching (meso‐wear) and ball‐on‐disk (macro‐wear), under dry and unlubricated conditions. The damage assessment and wear mechanism, characterised via scanning electron microscopy and optical profilometry, show Hertzian tensile cracking in all the samples at loads ≥5 N during micro‐scratching. Wear volume, wear rate and coefficient of friction (cof) decreased with SiC reinforcement during macro‐wear. Fine‐SiC reinforced ZrB 2 (ZS F ) composite showed least cracking at loads ≥5 N owing to its highest fracture toughness (4.6 MPa m 1/2 ) as compared to coarse‐SiC reinforced composite (ZS C , 2.1 MPa m 1/2 ) and monolithic ZrB 2 (3.9 MPa m 1/2 ). Hardness of composites increases as compared to ZrB 2 , and ZS F shows enhanced elastic modulus and fracture toughness. In summary, superiority of ZS F in terms of improved mechanical performance and wear resistance makes it a potential high‐end material for aerospace applications, where particles with high surface impact may cause material deformation and removal.

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