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碳化硅晶须知识讲解(下)

作者:碳化硅厂家更新时间: 2020-03-06 09:45:26 阅读: 273 次

碳化硅晶须增韧陶瓷基复合材料
碳化硅晶须增韧的陶瓷材料主要有Al2O3、ZrO2、莫来石陶瓷等。随着复合技术的不断成熟,又出现了碳化硅晶须增韧Si3N4、ZrB2以及玻璃陶瓷等复合材料。


a、Al2O3陶瓷基复合材料
氧化铝陶瓷具有熔点高、硬度高、耐磨、结构稳定等优点,但其强度较低。经碳化硅晶须增韧补强后,其韧性可达9MPa·m1/2 以上,强度可达600~900Mpa。
碳化硅晶须补强后从而进一步拓宽了氧化铝的用途,目前已被应用于磨损部件、切削刀具和内燃机的某些构件。SiC晶须增韧的陶瓷切削刀具材料,以其良好的断裂韧性和抗热冲击性能在切削高温合金等难加工材料方面表现了优异的性能,延长了刀具的使用寿命,切削效率远高于普通刀具。
b、ZrO2陶瓷基复合材料
氧化锆陶瓷因具有高化学稳定性、高熔点、良好的高温电导而被广泛用作耐火材料、快离子导体、高温发热体等。由于在高温下相变增韧机制失效,使得其高温力学性能严重恶化。碳化硅晶须的加入可以提高其弹性模量、硬度、高温强度和韧性,从而拓展其应用范围。
目前碳化硅晶须增韧的ZrO2陶瓷可应用于1350℃以上使用的燃气涡轮转子、涡轮定叶片、各种陶瓷发动机部件、陶瓷工具、拔丝模具、轴承等。
c、莫来石陶瓷基复合材料
莫来石陶瓷具有膨胀均匀、热震稳定性好、硬度大、高温蠕变值小等优点,是一种优质的耐火材料,但韧性相对较低,从而影响了其实际应用。
中科院上海硅酸盐研究所的黄政人等采用30vol%β-SiC晶须增强莫来石,在SPS烧结条件下材料强度比热压高10%左右,为570MPa,断裂韧性为4.5Mpam1/2比纯莫来石提高100%以上
d、ZrB2陶瓷基复合材料
ZrB2陶瓷具有高熔点、高硬度、优良的耐磨性和化学稳定性等优点,是典型的超高温陶瓷,可应用于冶金行业,电子装备和难熔金属的铸造等。由于韧性较低,限制了其应用范围的进一步扩大。在ZrB2基体中加入碳化硅晶须可提高材料的韧性。
当碳化硅晶须加入体积分数为30%的量时,材料的韧性可达6.33MPa·m1/2,比纯ZrB2陶瓷提高了71%,比SiC颗粒增韧的ZrB2陶瓷提高了33%。碳化硅晶须增韧后的ZrB2陶瓷可应用于热防护装备、超音速宇航飞行器的前舱,以及火箭喷管等耐热部件。
e、SiC晶须增韧氮化硅陶瓷
SiC 晶须增韧Si3N4陶瓷是提高其断裂韧性和稳定性的主要途径之一。晶须增韧效果不仅取决于晶须的分散程度、晶须尺寸和体积分数,而且与晶须的空间位置及方向性密切相关。
研究人员对SiC晶须的氮化硅基复合材料中晶须取向的研究,当晶须方向基本一致且晶须与基体界面弱连接时,此方向中的断裂韧性具有极大值,抗折强度和断裂韧性分别为1038MPa和10.7MPa m1/2。
氮化硅陶瓷的一系列优异的物理机械性能及化学性能,在高温结构材料、工具陶瓷材料、耐磨陶瓷材料和耐磨腐蚀陶瓷材料等方面,具有极大的市场和应用潜力。随着晶须增韧研究的不断深入,氮化硅陶瓷在刀具、轴承、发动机、绝缘材料等方面的应用将会更加完善。
f、玻璃陶瓷基复合材料
在玻璃陶瓷中加入碳化硅晶须既能保留玻璃易成形的优点,又可使材料的强度和韧性分别提高两倍以上。
碳化硅晶须增韧补强的生物活性玻璃陶瓷复合材料,韧性可达4.3MPa·m1/2,强度可达460MPa,维伯尔系数可达24.7,由于碳化硅晶须的无毒性和生物玻璃陶瓷的生物活性使得该种材料在与人体密质骨抗弯强度相当的应力作用下,寿命可超过50年,是预测寿命较长的生物陶瓷材料,可用于制备人造牙齿及骨头、关节等骨修复材料和骨组织工程支架材料。
3、碳化硅晶须增韧聚合物复合材料
碳化硅晶须作为聚合物材料的增韧补强剂时既不增加熔体粘度,又能显著提高材料的韧性和延伸率,可用于制备形状复杂、精度高、表面光洁度高的零部件。
在PVC中加入质量分数为5%的碳化硅晶须可使材料的韧性提高50%、延伸率提高四倍以上。因此碳化硅晶须与PVC等聚合物复合,可制备出性能优异的复合材料,如:喷气式发动机油轮叶片、直升机螺旋桨、飞机与汽车构件等。

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