The influence of SPS heating rates on the synthesis reaction of tantalum diboride

• Autores: Jolanta Laszkiewicz Łukasik, Lucyna Jaworska, Piotr Putyra, Piotr Klimczyk, Grzegorz Garzeł
• Localización: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, ISSN 0366-3175, Vol. 55, Nº. 4, 2016, págs. 159-168
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Influencia de las velocidades de calentamiento en la reacción de síntesis del diboruro de tántalo obtenido mediante SPS
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• Resumen
  • español

    El TaB2 es un material perteneciente al grupo de cerámicas de ultra alta temperatura muy poco investigado tanto por la complejidad de encontrar materias primas adecuadas, como por su difícil densificación. Mediante la técnica SPS se consiguen procesos de sinterización reactiva de mezcla de polvos de acuerdo a la reacción Ta+2B→TaB2 que permiten preparar TaB2 en un única etapa. El objetivo de este trabajo fue estudiar la influencia de las velocidades de calentamiento en la reacción de síntesis, así como determinar los mecanismos de densificación durante el proceso. La mezcla fue sinterizada a parámetros constantes de 2200°C, 48MPa durante 5min y a velocidades de calentamiento de 50°C/min a 400°C/min. Los procesos de densificación fueron estudiados mediante análisis dilatométrico de los compactos durante los procesos de SPS (sinterización por corriente eléctrica pulsada). La comparación de las curvas de densificación indica que las reacciónes son incompletas a velocidades de calentamiento bajas. Estas contribuyen a la sinterización del Tántalo antes de la reacción de síntesis y esto demuestra la presencia de boro en estado líquido. El mejor de los materiales preparados posee un valor del modulo de Young de 571GPa, una dureza Vicker de 20.7GPa (HV1) y resistencia a la fractura de 4.7MPam1/2.

  • English

    TaB2 is a material from the Ultra High Temperature Ceramics group and is rather unexplored because it is difficult to procure the raw materials and to densify TaB2. Using SPS technique to realize reactive sintering processes of powders mixture according to the reaction Ta+2B→TaB2 makes it possible to achieve TaB2 in one technological step. The aim of the study was to determine the influence of heating rates on the synthesis reaction and on the multistage densification mechanisms during SPS processes. The mixture was sintered at constant parameters of 2200°C, 48MPa for 5min with the usage of heating rates from 50°C/min up to 400°C/min. The densification processes were studied through analyzing the shrinkage of powder compacts during SPS (Spark Plasma Sintering) processes. The comparison of the densification curves indicates that the reactions do not proceed completely at slow heating rates. Namely, too low heating rates contribute to the sintering of tantalum before the synthesis reaction and demonstrate the presence of boron in liquid state. The best material obtained in this study has Young's modulus 571GPa, Vickers hardness 20.7GPa (HV1) and indentation fracture toughness KIC 4.7MPam1/2.