In-situ formation of ZrB2–ZrO2 ultra-high-temperature ceramic composites from high-energy ball-milled ZrB2 powders

Abstract

Se informa de la formación in situ de una cerámica de ultra alta temperatura (UHTC) de grano fino de ZrB2 que contiene ZrO2 distribuido uniformemente y de tamaño uniforme situado en las juntas triples y los límites de grano de los granos de ZrB2, descubierta durante la sinterización por chispa-plasma de polvos de ZrB2 sometidos a molienda de bolas de alta energía en aire. Se ha descubierto que este tipo de microestructura se forma porque la película de óxido de ZrO2, desarrollada en la superficie de las partículas de ZrB2 durante la molienda de bolas de alta energía en aire, se arrastra hacia las uniones multigrano de ZrB2 bajo la aplicación de presión durante la sinterización, y luego cristaliza allí durante el enfriamiento rápido a temperatura ambiente. Junto con el mecanismo por el que se forman estos densos compuestos UHTC de ZrB2-ZrO2, también se demuestra que son simultáneamente más duros y mucho más resistentes que su homólogo monolito de ZrB2.

The in situ formation is reported of a fine-grained ZrB2 ultra-high-temperature ceramic (UHTC) containing evenly distributed ZrO2 of uniform size located at triple joints and grain boundaries of the ZrB2 grains, discovered during the spark-plasma sintering of ZrB2 powders subjected to high-energy ball-milling in air. It is found that this type of microstructure forms because the oxide film of ZrO2, developed on the surface of the ZrB2 particles during the high-energy ball-milling in air, creeps towards the ZrB2 multigrain joints under the application of pressure during sintering, and then crystallizes there during the fast cooling down to room-temperature. Together with the mechanism by which these dense ZrB2–ZrO2 UHTC composites form, it is also shown that they are simultaneously harder and much tougher than their ZrB2 monolith counterpart.