As propriedades do whisker de carboneto de silício sic-w (sic-w) é uma fibra de cristal altamente orientada com um diâmetro que varia de nanômetro a micrômetro. a estrutura cristalina é semelhante à do diamante. Existem poucas impurezas químicas no cristal e nenhum limite de grão. a estrutura de cristal tem poucos defeitos e o componente da fase de cristal é uniforme. possui alto ponto de fusão, baixa densidade, alta resistência, alto módulo de elasticidade, baixa taxa de expansão térmica e resistência ao desgaste, resistência à corrosão e resistência à oxidação em alta temperatura. é usado principalmente em aplicações de endurecimento, onde aplicações de alta temperatura e alta resistência são necessárias. os indicadores relevantes são mostrados na seguinte tabela:
ponto de fusão & gt; 2700 densidade 3. módulo elástico da força elástica 2100kg / cm2 de 21g / cm3 4. 9 × 104kg / cm2
sic-w tem duas formas cristalinas do tipo α (estrutura hexagonal e romboédrica) e tipo β (estrutura cúbica centrada na face), e o tipo β é superior ao tipo α em todos os aspectos. atualmente, apenas os β-whiskers têm alcançado a produção em escala industrial, de modo que a pesquisa e o uso são principalmente β-sic-whiskers.
sic-w pode ser usado para endurecer compósitos de matriz cerâmica
Os materiais cerâmicos endurecidos em "w" são principalmente cerâmicas de al2o3, zro2, mulite e semelhantes. À medida que a tecnologia de compósitos continua a amadurecer, materiais compósitos endurecidos como Si3n4, zrb2 e cerâmica de vidro emergiram.
1) al2o3 compósito com matriz de cerâmica
As cerâmicas de alumina têm as vantagens de alto ponto de fusão, alta dureza, resistência ao desgaste e estabilidade estrutural, mas sua resistência é baixa. depois de endurecer e fortalecer por sic-w, a resistência pode atingir acima de 9mpa · m1 / 2, e a força pode chegar a 600-900mpa.
O uso de bigodes de carboneto de silício para ampliar ainda mais o uso de alumina tem sido aplicado em peças de desgaste, ferramentas de corte e certos componentes de motores de combustão interna. Entre eles, os materiais de corte de cerâmica têm um excelente desempenho no corte de ligas difíceis, como ligas de alta temperatura devido à sua boa resistência à fratura e resistência ao choque térmico, prolongando a vida útil da ferramenta e a eficiência de corte é muito maior. ferramentas comuns têm grande potencial de aplicação.
2) composto de matriz cerâmica zro2
As cerâmicas de óxido de zircónio são amplamente utilizadas como refractários, condutores de iões rápidos, elementos de aquecimento de alta temperatura, etc. devido à sua elevada estabilidade química, elevado ponto de fusão e boa condutibilidade a altas temperaturas. devido à falha do mecanismo de endurecimento da transformação de fase a altas temperaturas, suas propriedades mecânicas de alta temperatura estão seriamente deterioradas. a adição de sic-w pode aumentar seu módulo de elasticidade, dureza, resistência a altas temperaturas e tenacidade, expandindo assim sua faixa de aplicação.
Atualmente, as cerâmicas Zro2 temperadas sic-w podem ser aplicadas a rotores de turbinas a gás, lâminas de estator de turbina, várias peças de motores cerâmicos, ferramentas cerâmicas, matrizes para trefilação de arame, rolamentos, etc. utilizados acima de 1350.
3) compósito de matriz cerâmica mulita
cerâmica mulita tem as vantagens de expansão uniforme, boa resistência ao choque térmico, alta dureza e baixa temperatura fluência valor. É um material refratário de alta qualidade, mas sua tenacidade é relativamente baixa, afetando sua aplicação prática.
Há pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências usando bigodes de 30 vol% β-sic para reforçar a mulita. Sob condições de sinterização sps, a resistência do material é cerca de 10% maior que a pressão a quente, 570 mpa, e a tenacidade à fratura é 4,5 mpa 1/2. mulite aumenta em mais de 100%
4) composto de matriz cerâmica zrb2
As cerâmicas zrb2 têm as vantagens de alto ponto de fusão, alta dureza, excelente resistência ao desgaste e estabilidade química. são cerâmicas típicas de ultra-alta temperatura e podem ser usadas na indústria metalúrgica, fundição de equipamentos eletrônicos e metais refratários. devido à baixa tenacidade, limita a expansão de sua faixa de aplicação. a adição de sic-w à matriz zrb2 melhora a tenacidade do material.
estudos têm mostrado que quando bigodes de carboneto de silício são adicionados em uma fração de volume de 30%, a tenacidade do material pode chegar a 6,33 mpa.m 1/2, que é 71% maior que a cerâmica pura zrb2, e 33% maior do que o de partículas sic endurecidas cerâmicas zrb2. %. As cerâmicas zrb2 temperadas sic-w podem ser usadas em equipamentos de proteção térmica, compartimentos frontais de veículos aeroespaciais supersônicos e componentes resistentes ao calor, como bicos de foguetes.
5) sic whisker endurecido cerâmicas de nitreto de silício
A ceramica de si3n4 é uma das principais formas de melhorar a tenacidade e estabilidade da fratura. Estudos anteriores mostraram que o efeito de endurecimento do bigode depende não apenas do grau de dispersão do whisker, do tamanho do bigode e da fração volumétrica, mas também da posição espacial e orientação dos bigodes.
Os pesquisadores estudaram a orientação do whisker em compósitos baseados em nitreto de silício de bigodes sic. quando os bigodes estão na mesma direção e os bigodes estão fracamente conectados à interface do substrato, a tenacidade à fratura nessa direção tem um valor máximo. a força e tenacidade à fratura foram 1038 mpa e 10,7 mpa m 1/2, respectivamente.
uma série de excelentes propriedades físicas e mecânicas e propriedades químicas das cerâmicas de nitreto de silício têm grande potencial de mercado e aplicação em materiais estruturais de alta temperatura, materiais cerâmicos para ferramentas, materiais cerâmicos resistentes ao desgaste e materiais cerâmicos resistentes ao desgaste. Com o aprofundamento da pesquisa, a aplicação de cerâmicas de nitreto de silício em ferramentas, rolamentos, motores, materiais de isolamento, etc., será mais perfeita.
6) compósito com matriz de cerâmica de vidro
a adição de sic-w à vitrocerâmica não só preserva as vantagens da fácil formação de vidro, mas também aumenta a resistência e a tenacidade do material em mais de duas vezes.
Por exemplo, os compósitos bio-vitrocerâmicos sic-w endurecidos e reforçados têm uma dureza de 4,3 mpa m 1/2, uma resistência de até 460 mpa e um coeficiente weibull de até 24,7, devido à não toxicidade do sic-w e bioatividade de cerâmicas biovidro. o material tem uma expectativa de vida de mais de 50 anos sob o estresse equivalente à resistência à flexão do corpo humano, e é o material bio-cerâmico com a maior expectativa de vida. Ele pode ser usado para preparar dentes artificiais e materiais de reparo ósseo e ossos, como ossos e articulações. material de andaimes de engenharia de tecidos.
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