le proprietà del whisker di silicio e carburo di silicio (sic-w) sono fibre monocristalline altamente orientate con un diametro che varia da nanometro a micrometro. la struttura cristallina è simile a quella del diamante. ci sono poche impurità chimiche nel cristallo e nessun limite di grana. la struttura cristallina ha pochi difetti e la componente di fase cristallina è uniforme. ha alto punto di fusione, bassa densità, alta resistenza, alto modulo di elasticità, basso tasso di espansione termica e resistenza all'usura, resistenza alla corrosione e resistenza all'ossidazione ad alta temperatura. viene utilizzato principalmente nelle applicazioni di tempra dove sono richieste applicazioni ad alta temperatura e alta resistenza. gli indicatori pertinenti sono mostrati nella seguente tabella:
punto di fusione & gt; 2700 densità 3. 21g / cm3 resistenza alla trazione 2100kg / cm2 modulo elastico 4. 9 × 104kg / cm2
sic-w ha due forme cristalline di tipo α (struttura esagonale e romboedrica) e tipo β (struttura cubica centrata sul volto), e il tipo β è superiore al tipo α in tutti gli aspetti. allo stato attuale, solo β-sic-whiskers ha raggiunto la produzione su scala industriale, quindi la ricerca e l'uso sono principalmente β-sic-whiskers.
sic-w può essere usato per indurire i compositi a matrice ceramica
-i materiali ceramici temperati sono principalmente al2o3, zro2, ceramiche di mullite e simili. mentre la tecnologia composita continua a maturare, sono emersi materiali compositi rinforzati con sic-w come si3n4, zrb2 e ceramiche di vetro.
1) composito a matrice ceramica al2o3
le ceramiche di allumina presentano i vantaggi di un punto di fusione elevato, elevata durezza, resistenza all'usura e stabilità strutturale, ma la loro resistenza è bassa. dopo il rafforzamento e il rafforzamento di sic-w, la resistenza può superare i 9 mpa · m1 / 2 e la forza può raggiungere 600-900 mpa.
l'uso di baffi di carburo di silicio per ampliare ulteriormente l'uso di allumina è stato applicato a parti soggette ad usura, utensili da taglio e alcuni componenti di motori a combustione interna. tra questi, i materiali ceramici per utensili da taglio tempificati sic sono dotati di eccellenti prestazioni nel taglio di leghe difficili come leghe resistenti alle alte temperature grazie alla loro buona resistenza alla frattura e alla resistenza agli shock termici, prolungando la durata dell'utensile e l'efficienza di taglio è molto più elevata. gli strumenti ordinari hanno un grande potenziale applicativo.
2) composito a matrice ceramica zro2
le ceramiche di ossido di zirconio sono ampiamente utilizzate come refrattari, conduttori a ioni veloci, elementi riscaldanti ad alta temperatura, ecc. a causa della loro elevata stabilità chimica, alto punto di fusione e buona conduttanza a temperatura elevata. a causa del guasto del meccanismo di tempra della trasformazione di fase ad alte temperature, le sue proprietà meccaniche ad alta temperatura sono seriamente deteriorate. l'aggiunta di sic-w può aumentare il suo modulo di elasticità, durezza, resistenza alle alte temperature e tenacità, espandendo così il suo campo di applicazione.
allo stato attuale, la ceramica zro2 temprata in sic-w può essere applicata a rotori di turbine a gas, pale dello statore della turbina, varie parti di motori in ceramica, utensili in ceramica, matrici per trafilatura, cuscinetti ecc. utilizzati oltre 1350.
3) composito a matrice ceramica in mullite
la ceramica di mullite ha i vantaggi di espansione uniforme, buona resistenza agli shock termici, elevata durezza e valore di creep a bassa temperatura. è un materiale refrattario di alta qualità, ma la sua tenacità è relativamente bassa, influenzando così la sua applicazione pratica.
ci sono ricercatori dell'Accademia cinese delle scienze che usano baffi del 30% vol ß-sic per rinforzare la mullite. in condizioni di sinterizzazione sps, la resistenza del materiale è circa del 10% superiore alla pressione calda, 570 mpa, e la resistenza alla frattura è di 4,5 mpa 1/2. la mullite aumenta di oltre il 100%
4) composito a matrice ceramica zrb2
Le ceramiche zrb2 presentano i vantaggi dell'elevato punto di fusione, elevata durezza, eccellente resistenza all'usura e stabilità chimica. sono ceramiche tipiche ad altissima temperatura e possono essere utilizzate nell'industria metallurgica, nella fusione di apparecchiature elettroniche e metalli refrattari. a causa della bassa tenacità, limita l'ulteriore espansione del suo campo di applicazione. l'aggiunta di sic-w alla matrice zrb2 migliora la resistenza del materiale.
gli studi hanno dimostrato che quando si aggiungono baffi di carburo di silicio in una frazione di volume del 30%, la tenacità del materiale può raggiungere 6,33 mpa · m 1/2, che è del 71% superiore a quella delle ceramiche zrb2 pure e del 33% superiore a quella delle particelle sic rinforzate con ceramiche zrb2. %. le ceramiche zrb2 temprate sic-w possono essere utilizzate in dispositivi di protezione termica, scomparti anteriori di veicoli aerospaziali supersonici e componenti resistenti al calore come ugelli di razzi.
5) ceramiche di nitruro di silicio temprato sic whisker
sic whisker toughening si3n4 ceramics è uno dei principali modi per migliorare la sua resistenza e stabilità alla frattura. studi precedenti hanno dimostrato che l'effetto di indurimento dei baffi dipende non solo dal grado di dispersione dei baffi, dalla dimensione del baffo e dalla frazione di volume, ma anche dalla posizione spaziale e dall'orientamento dei baffi.
i ricercatori hanno studiato l'orientamento del baffo in compositi a base di nitruro di silicio di whisker sic. quando i baffi sono nella stessa direzione e i baffi sono collegati debolmente all'interfaccia del substrato, la tenacità alla frattura in questa direzione ha un valore massimo. la forza e la resistenza alla frattura erano 1038 mpa e 10.7 mpa m 1/2, rispettivamente.
una serie di eccellenti proprietà fisiche e meccaniche e proprietà chimiche delle ceramiche al nitruro di silicio hanno un grande potenziale di mercato e di applicazione nei materiali strutturali ad alta temperatura, materiali ceramici per utensili, materiali ceramici resistenti all'usura e materiali ceramici resistenti all'usura. con l'approfondimento della ricerca sulla solidificazione dei baffi, l'applicazione di ceramiche al nitruro di silicio su utensili, cuscinetti, motori, materiali isolanti, ecc. sarà più perfetta.
6) composito matrice vetroceramica
l'aggiunta di sic-w alla vetroceramica non solo preserva i vantaggi della facile formatura del vetro, ma aumenta anche la resistenza e la tenacità del materiale di più di due volte.
ad esempio, i compositi ceramici bioattivi rinforzati e rinforzati sic-w hanno una resistenza di 4,3 mpa · m 1/2, una resistenza fino a 460 mpa e un coefficiente di weibull fino a 24,7, a causa della non tossicità di sic-w e la bioattività della ceramica in bioglass. il materiale ha un'aspettativa di vita di oltre 50 anni sotto lo stress equivalente alla resistenza alla flessione del corpo umano ed è il materiale bioceramico con la più lunga aspettativa di vita. può essere usato per preparare denti artificiali e materiali per la riparazione ossea e ossa come ossa e articolazioni. materiale per ponteggi di ingegneria tissutale.
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