Eigenschaften von Siliziumkarbid-Whiskern sic-wisker (sic-w) ist eine hochorientierte Einkristallfaser mit einem Durchmesser im Bereich von Nanometer bis Mikrometer. Die Kristallstruktur ähnelt der von Diamant. Es gibt wenige chemische Verunreinigungen im Kristall und keine Korngrenzen. Die Kristallstruktur weist wenige Defekte auf und die Kristallphasenkomponente ist gleichmäßig. es hat einen hohen Schmelzpunkt, eine geringe Dichte, eine hohe Festigkeit, einen hohen Elastizitätsmodul, eine niedrige Wärmeausdehnungsrate und Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit. es wird hauptsächlich in härtungsanwendungen eingesetzt, bei denen hochtemperatur- und hochfeste anwendungen erforderlich sind. Die relevanten Indikatoren sind in der folgenden Tabelle dargestellt:
Schmelzpunkt & gt; 2700 Dichte 3. Zugfestigkeit von 21 g / cm 3, 2100 kg / cm² Elastizitätsmodul 4,9 · 104 kg / cm²
sic-w hat zwei Kristallformen vom α-Typ (hexagonale und rhomboedrische Struktur) und vom β-Typ (flächenzentrierte kubische Struktur), und der β-Typ ist dem α-Typ in allen Aspekten überlegen. Gegenwärtig haben nur β-Sic-Whisker eine Produktion im industriellen Maßstab erreicht, so dass Forschung und Verwendung hauptsächlich β-Sic-Whisker sind.
sic-w kann verwendet werden, um keramische Matrixverbunde zu härten
-w gehärtete keramische Materialien sind hauptsächlich Al2o3, Zro2, Mullitkeramik und dergleichen. Mit der fortschreitenden Reife der Composite-Technologie sind Sic-W-Verbundwerkstoffe wie Si3n4, Zrb2 und Glaskeramik entstanden.
1) Al2o3-Keramikmatrix-Verbundwerkstoff
Aluminiumoxidkeramiken haben die Vorteile eines hohen Schmelzpunkts, einer hohen Härte, Verschleißfestigkeit und strukturellen Stabilität, aber ihre Festigkeit ist gering. Nach dem Härten und Verfestigen durch sic-w kann die Zähigkeit über 9mpa · m1 / 2 und die Festigkeit 600-900mpa erreichen.
Die Verwendung von Siliziumkarbid-Whiskern, um die Verwendung von Aluminiumoxid weiter auszudehnen, wurde auf Verschleißteile, Schneidwerkzeuge und bestimmte Komponenten von Verbrennungsmotoren angewendet. Unter ihnen haben sic Whisker gehärtete keramische Schneidwerkzeugmaterialien eine hervorragende Leistung beim Schneiden schwieriger Legierungen, wie Hochtemperaturlegierungen, aufgrund ihrer guten Bruchzähigkeit und thermischen Schockbeständigkeit, was die Lebensdauer des Werkzeugs verlängert, und die Schneideffizienz ist viel höher. gewöhnliche Werkzeuge haben ein großes Anwendungspotenzial.
2) zro2 keramikmatrixverbundwerkstoff
Zirkonoxidkeramiken werden aufgrund ihrer hohen chemischen Stabilität, ihres hohen Schmelzpunkts und ihrer guten Leitfähigkeit bei hohen Temperaturen als feuerfeste Materialien, schnelle Ionenleiter, Hochtemperaturheizelemente usw. verwendet. Aufgrund des Versagens des Schlagfestigungsmechanismus bei der Phasentransformation bei hohen Temperaturen werden seine mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen ernsthaft verschlechtert. Die Zugabe von sic-w kann den Elastizitätsmodul, die Härte, die Hochtemperaturfestigkeit und die Zähigkeit erhöhen, wodurch der Anwendungsbereich erweitert wird.
Gegenwärtig können sic-w-gehärtete zro2-Keramiken auf Gasturbinenrotoren, Turbinenleitschaufeln, verschiedene keramische Motorteile, keramische Werkzeuge, Drahtziehwerkzeuge, Lager usw., die oberhalb von 1350 verwendet werden, angewendet werden.
3) Mullit-Keramikmatrix-Verbundwerkstoff
Mullitkeramik hat die Vorteile gleichförmige Ausdehnung, gute Temperaturwechselbeständigkeit, hohe Härte und niedrigen Temperaturkriechwert. es ist ein hochwertiges feuerfestes Material, aber seine Zähigkeit ist relativ gering und beeinträchtigt somit seine praktische Anwendung.
Forscher der chinesischen Akademie der Wissenschaften verwendeten 30 Vol .-% ß-sic-Whisker, um Mullit zu verstärken. unter den Sinterbedingungen des SPS ist die Materialfestigkeit etwa 10% höher als der Heißdruck, 570 MPa, und die Bruchzähigkeit beträgt 4,5 MPa 1/2. Mullit steigt um mehr als 100%
4) Zrb2-Keramikmatrix-Verbundwerkstoff
Zrb2-Keramiken haben die Vorteile eines hohen Schmelzpunkts, einer hohen Härte, einer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit und einer chemischen Stabilität. Sie sind typische Ultrahochtemperaturkeramiken und können in der metallurgischen Industrie, beim Gießen von elektronischen Geräten und hochschmelzenden Metallen verwendet werden. Aufgrund der geringen Zähigkeit begrenzt es die weitere Ausdehnung seines Anwendungsbereichs. Die Zugabe von sic-w zur zrb2-Matrix verbessert die Zähigkeit des Materials.
Studien haben gezeigt, dass bei Zugabe von Siliciumcarbid-Whiskern in einer Volumenfraktion von 30% die Zähigkeit des Materials 6,33 mpa · m 1/2 erreichen kann, was 71% höher ist als bei reiner Zrb2-Keramik und 33% höher als die von Sic-Partikeln gehärtete Zrb2-Keramik. %. sic-w-gehärtete zrb2-keramik kann in wärmeschutzgeräten, vorderseitenabteilen von Überschallluftfahrzeugen und hitzebeständigen Komponenten wie Raketendüsen verwendet werden.
5) sic Whisker gehärtete Siliziumnitridkeramik
sic Whisker, das si3n4-keramik härtet, ist eine der wichtigsten möglichkeiten, um die bruchfestigkeit und -stabilität zu verbessern. Frühere Studien haben gezeigt, dass der Whisker-Härteeffekt nicht nur vom Grad der Whiskerdispersion, der Whiskergröße und dem Volumenanteil abhängt, sondern auch von der räumlichen Position und Orientierung der Whisker.
Forscher haben die Whiskerorientierung in Siliziumnitrid-basierten Kompositen von Sic-Whiskern untersucht. Wenn sich die Whisker in dieselbe Richtung bewegen und die Whisker schwach mit der Substratgrenzfläche verbunden sind, hat die Bruchzähigkeit in dieser Richtung einen maximalen Wert. die Festigkeit und die Bruchfestigkeit betrugen 1038 MPa bzw. 10,7 MPa m 1/2.
Eine Reihe ausgezeichneter physikalischer und mechanischer Eigenschaften und chemischer Eigenschaften von Siliziumnitridkeramiken haben ein großes Markt- und Anwendungspotenzial in Hochtemperatur-Konstruktionsmaterialien, Werkzeugkeramikmaterialien, verschleißfesten Keramikmaterialien und verschleißfesten Keramikmaterialien. Mit der Vertiefung der Whisker-Härteforschung wird der Einsatz von Siliziumnitridkeramik in Werkzeugen, Lagern, Motoren, Isoliermaterialien usw. perfekter.
6) Glaskeramikmatrix-Verbundwerkstoff
Der Zusatz von sic-w zur Glaskeramik erhält nicht nur die Vorteile der einfachen Glasformung, sondern erhöht auch die Festigkeit und Zähigkeit des Materials um mehr als das Doppelte.
Sic-w-gehärtete und verstärkte bioaktive Glaskeramik-Verbundwerkstoffe haben beispielsweise eine Zähigkeit von 4,3 mpa · m 1/2, eine Festigkeit von bis zu 460 mpa und einen Weibull-Koeffizienten von bis zu 24,7 aufgrund der Nichttoxizität von sic-w und die Bioaktivität von Bioglas-Keramiken. Das Material hat eine Lebenserwartung von mehr als 50 Jahren unter der Belastung, die der Biegefestigkeit des menschlichen Körpers entspricht, und ist das biokeramische Material mit der höchsten Lebenserwartung. Es kann verwendet werden, um künstliche Zahn- und Knochenreparaturmaterialien und Knochen wie Knochen und Gelenke herzustellen. Gerüstmaterial für das Gewebetechnik.
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