Processing and properties of monolithic TiB<sub>2</sub>based materials

Basu, Bikramjit; Raju, G.B.; Suri, A.K.

doi:10.1179/174328006x102529

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“…A combinação de alto ponto de fusão, elevada dureza e coeficiente de expansão térmico relativamente baixo tornam o diboreto de titânio (TiB2) um importante material para aplicações de alta performance [1,2]. Já o nitreto de alumínio, é conhecido pela sua alta condutividade térmica e um coeficiente de expansão térmico próximo ao do silício [3,4].…”

Section: Compósitos Tib2 -Alnunclassified

SINTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS CERÂMICOS TIB2 – AlN VIA PLASMA PULSADO

Júnior¹,

Simão²,

Skury³

et al. 2018

ABM Proceedings

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ResumoAs propriedades e caracteristicas do diboreto de titânio (TiB2) e nitreto de alumínio (AlN) tornam esses materiais ideais para aplicações termomecânicas. Entretanto, a dificuldade de sinterizar compósitos cerâmicos à base de TiB2 -AlN tem limitado suas aplicações na indústria contemporânea. Nesse sentido, o presente trabalho tem por objetivo avaliar a técnica de sinterização por plasma pulsado (SPS), como uma alternativa para consolidação de compósito cerâmico em um curto intervalo de tempo. Após a caracterização das matérias primas, as amostras foram sinterizadas utilizando temperaturas entre 1.500°C e 1.900°C, além de 80 MPa de pressão e 10 minutos de permanência na temperatura máxima. A técnica "SPS" mostrou-se eficiente na sinterização desse sistema, alcançando densificações de até 98%. E ainda, como era esperado, a incompatibilidade dos coeficientes de expansão térmica entre o TiB2 e o AlN provocaram um processo de tenacificação nos compósitos. Palavras-chave: Sinterização, Compósitos, Cerâmica, Caracterização. SINTERING CERAMIC COMPOSITES TiB2 -AIN BY WAY OF PULSED PLASM AbstractThe properties and characteristics of titanium diboride (TiB2) and aluminum nitride (AlN) make these ideal materials for thermomechanical applications. However, the difficulty of ceramic composites sintering the based in TiB2 -AlN has limited its applications in th contemporary industry. In this sense, the present study aims to assess the sintering technique pulsed plasm (SPS) as an alternative to ceramic composite consolidation in a short period of time. After the characterization of raw materials, the samples were sintered using temperatures between 1,500°C and 1,900°C, and 80 MPa pressure and 10 minutes permanency at the maximum temperature. The "SPS" technique proved efficient in the sintering of this system, reaching densification up to 98%. And, as expected, the incompatibility of thermal extension coefficient between TiB2 and the AlN in motion a process of toughening of composites.

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Section: Compósitos Tib2 -Alnunclassified

SINTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS CERÂMICOS TIB2 – AlN VIA PLASMA PULSADO

Júnior¹,

Simão²,

Skury³

et al. 2018

ABM Proceedings

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“…A combinação de propriedades do TiB 2 faz deste material um candidato a aplicações diversificadas, entre elas, material estrutural para alta temperatura e revestimentos resistentes ao desgaste [1,2]. Entretanto, a densificação do TiB 2 é muito difícil e complexa, principalmente devido à elevada energia das ligações químicas entre o titânio (Ti) e o boro (B) e o seu baixo coeficiente de difusão.…”

Section: Introductionunclassified

Avaliação da densificação do diboreto de titânio sinterizado por plasma pulsado

et al. 2016

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RESUMOO diboreto de titânio (TiB 2 ) é um material cerâmico que se destaca por sua elevada resistência mecânica, estabilidade química e dureza a altas temperaturas, entretanto, características como baixa sinterabilidade e tenacidade a fratura limitam a atuação deste material em aplicações termomecânicas. Técnicas de sinterização não convencionais como SPS e aditivo de sinterização como AlN e Si 3 N 4 podem reduzir a temperatura de sinterização e aumentar a tenacidade à fratura do TiB 2 . Neste sentido, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência da técnica de sinterização por plasma pulsado (Spark Plasma Sintering -SPS) no processamento do diboreto de titânio. O nitreto de alumínio foi utilizado como aditivo para reduzir temperatura e tempo de sinterização e facilitar a densificação do TiB 2 . Os resultados apontam a sinterização por plasma pulsado como uma técnica eficiente na densificação de compósito cerâmico TiB 2 -AlN. Elevado grau de densificação foi alcançado mesmo utilizando tempos de sinterização relativamente curto.Palavras-chave: Diboreto de titânio, sinterização, densificação. ABSTRACTTitanium diboride (TiB 2 ) is a ceramic material that highlight because of its high mechanical resistance, chemical stability and hardness in high temperatures. However, characteristics as low sinterability and fracture toughness restrict its usage on termomechanical applications. Non-conventional sintering techniques as SPS and sintering aid as AlN and Si 3 N 4 can reduce sintering temperature and increase fracture toughness of TiB 2 . The objective of this work is to evaluate the efficiency of spark plasma sintering (SPS) technique on the manufacturing of titanium diboride. Aluminum nitride (AlN) was used as additive to reduce sintering temperature and time and enhance tib 2 densification. The results indicate that spark plasma sintering is an efficient technique in the densification of TiB 2 -AlN ceramic composite. High degree of densification was achieved even using relatively short sintering time.Keywords: Titanium Diboride , Sintering , Densification. INTRODUÇÃOO TiB 2 é um composto refratário com propriedades atrativas, como elevada dureza (cerca de três vezes maior do que o aço endurecido) e resistência ao desgaste a temperaturas elevadas. A combinação de propriedades do TiB 2 faz deste material um candidato a aplicações diversificadas, entre elas, material estrutural para alta temperatura e revestimentos resistentes ao desgaste [1,2]. Entretanto, a densificação do TiB 2 é muito difícil e complexa, principalmente devido à elevada energia das ligações químicas entre o titânio (Ti) e o boro (B) e o seu baixo coeficiente de difusão. Assim, o transporte de massa necessário para se alcançar uma boa densificação é restrito, o que exige altas temperaturas e longos tempos de sinterização para a densificação do TiB 2 utilizando técnicas convencionais de sinterização [3]. Altas temperaturas e longos tempos de sinterização

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“…• C. 138 TiB2 is also used in the aluminum industry as a grain refiner, since it has low solubility in molten aluminum. 139 In TiB2, Ti and B form in a hexagonal close packed (hcp) structure, the so-called AlB2-structure, where the B-atoms form graphitic like sheets with alternating layers of Ti, see Figure 4.5.…”

Section: T I Ta N I U M B O R I D Ementioning

confidence: 99%

Growth and Characterization of Amorphous Multicomponent Nitride Thin Films

Fager¹

2014

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This thesis explores deposition of amorphous thin films based on the two transition metal nitride systems, TiN and HfN. Additions of Si, Al and B have been investigated using three different deposition techniques: dc magnetron sputtering, cathodic arc evaporation, and high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS). The effect of elemental composition, bonding structure, growth temperature, and low-energy ion bombardment during growth has been investigated and correlated to the resulting microstructure and mechanical properties of the films. The thermal stability has been investigated by annealing experiments. Deposition by cathodic arc evaporation yields dense and homogeneous coatings with essentially fully electron-diffraction amorphous structures with additions of either Al+Si, B+Si or B+Al+Si to TiN. The B-containing coatings have unusually few macroparticles. Annealing experiments show that Ti-Al-Si-N coatings have an age hardening behavior, which is not as clear for B-containing coatings. Compositional layering, due to rotation of the sample fixture during deposition, is present but not always visible in the as-deposited state. The layering acts as a template for renucleation during annealing. The coatings recrystallize by growth of TiN-rich domains. Amorphous growth by conventional dc magnetron sputtering is possible over a wide range of compositions for Ti-B-Si-N thin films. The Ti content in the films is reduced compared to the content in the sputtering target. Without Si, the films consist of a BN onion-like structure surrounding TiN nanograins. With additions of Si the films eventually grows fully amorphous. The growth temperature has only minor effect on the microstructure, due to the limited surface diffusion at the investigated temperature range (100-600 °C). Ion assisted growth leads to nanoscale densification of the films and improved mechanical properties. Ti-B-Si-N thin films are also deposited by a hybrid technique where dc magnetron sputtering is combined with HIPIMS. Here, the Ti:B ratio remains equal to the target composition. Films with low Si content are porous with TiN nanograins separated by BN-rich amorphous channels and have low hardness. Increasing Si contents yield fully electron-amorphous films with higher hardness. Finally, Hf-Al-Si-N single-layer and multilayer films are grown by dc magnetron sputtering from a single Hf-Al-Si target. Amorphous growth is achieved when the growth temperature was kept at its minimum. Low-energy substrate bias modulation is used to grow nanocomposite/nanocolumnar multilayers from the single Hf-Al-Si target, where the layers has essentially the same composition but different Si bonding structure, and different degree of crystallinity

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Processing and properties of monolithic TiB₂based materials

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SINTERIZAÇÃO DE COMPÓSITOS CERÂMICOS TIB2 – AlN VIA PLASMA PULSADO

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Avaliação da densificação do diboreto de titânio sinterizado por plasma pulsado

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