Environmentally friendly substitute of phenolic resin in solid state sintered silicon carbide
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/2785294Utgivelsesdato
2020Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Silisiumkarbid er et meget kovalent materiale med mange enestående egenskaper. På grunn av de sterke, kovalente bindingene er det vanskelig å oppnå høye tettheter ved sintring og sintringsadditiver som karbon og bor m ̊a ofte tilsettes. Karbon fjerner silika på overflaten av silisiumkarbid-partiklene, noe som er nødvendig for ̊a starte sintringen. Karbon skal også bidra til å hindre kornvekst og dermed forbedre egenskapene til den sintrede kroppen. Fenolharpikser er den mest brukte karbonkilden i industrien i dag, og også referansen i denne oppgaven. Fenolharpikser fungerer utmerket som sintringsadditiv til silisiumkarbid, men er kreftfremkallende og miljøskadelig. Målet med denne oppgaven er ̊a undersøke alternative karbonkilder for ̊a se om disse har de samme egenskapene som fenolharpikser har, og samtidig være bedre for miljøet. Modifisert stivelse og sukrose (vanlig sukker) ble brukt som alternative karbonkilder. Silisiumkarbid-pulver med de forskjellige karbonkildene ble laget og sintret ved hjelp av ”spark plasma sintering” (SPS) med en oppvarmingshastighet på 100◦Cmin−1. Tettheter p ̊a 3.18, 3.16 og 3.15 gcm−3 ble oppnådd for silisiumkarbid-pulver med henholdsvis fenolharpiks, stivelse og sukrose som karbonkilde. Anisotropisk kornvekst var mest fremtredende hos prøvene med sukrose, basert på bilder av etsede overflater sammen med electron backscatter diffraction (EBSD). Raman spektroskopi ble brukt til å undersøke reaktiviteten til karbonkildene og resultatet var en ubetydelig forskjell. Basert på eksperimentene gjort her kan både stivelse og sukrose være gode alternativer til fenolharpikser. De er definitivt mer miljøvennlige, og har potensial til å konkurrere i ytelse også, men mer forskning er nødvendig. Basert på eksperimentene gjort her kan både stivelse og sukrose være gode alternativer til fenolharpikser. De er definitivt mer miljøvennlige, og har potensial til å konkurrere i ytelse også, men mer forskning er nødvendig. Silicon carbide is a highly covalent ceramic that holds many outstanding properties. Because of the strong covalent bonds, densification is a challenge and sintering additives like carbon and boron are often used to obtain high densities after sintering. Carbon removes silica on the surface of the silicon carbide particles, which is necessary to start the sintering. Carbon is also thought to inhibit grain growth and therefore promote great properties in the sintered body. Phenolic resin is the most used carbon source in the industry today, and was also the reference in this project. Phenolic resin works great as a sintering aid for silicon carbide, but it is carcinogenic and hazardous to the environment. The aim of this study was to investigate alternative carbon sources and see if they had the same qualities as a sintering aid while also being environmentally friendly. Modified starch and sucrose (normal table sugar) was used as alternative carbon sources. Precursors were made with the various carbons, and they were sintered using spark plasma sintering (SPS) with a heating rate of 100°Cmin−1. Bulk densities of 3.18, 3.16. and 3.15 gcm-3 was obtained for the precursor with resin, starch and sucrose respectively. Anisotropic grain growth was most prominent for the samples with sucrose as the carbon source, based on the results from images of etched surfaces and electron backscatter diffraction (EBSD). Raman spectroscopy was used to investigate the reactivity of the pyrolysed carbon sources, showing that there was an insignificant difference in reactivity between them. Based on the experiments conducted in this study, it seems like both starch and sucrose could be good alternatives to phenolic resin from an environmental point of view and with regards to performance they have potential, but more research is needed.