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俄罗斯开发出提升碳化硅断裂韧性的方法

作者:千亿手机版    更新时间:2020-11-26 14:32

  来自俄罗斯国立科技大学(NUST MISIS)的科学家发现了一种将碳化硅(一种用于生产耐火零部件最具潜力的航空结构材料)的断裂韧性提高1.5倍的方法——通过在结构中形成了增强纳米纤维获得这一成果。未来,该技术将扩大碳化硅作为结构和耐火材料的应用范围,包括用于飞机制造。有关这项研究的相关成果目前已经发表在了《国际陶瓷与材料》期刊中。

  截至2019年,全球碳化硅市场估计为25.8亿美元,预计每年增长将16%。碳化硅在自然界中基本不存在,因此需要通过人工合成的方式得到。

  目前,碳化硅在各个行业中越来越多地用作半导体材料、建筑材料、磨料和耐火材料。例如,碳化硅用于制造内燃机的涡轮叶片和零部件,将大大提高发动机的工作温度并显著提高功率、牵引功率、能源效率、环保性等关键性能。此外,由低成本的长石和石英砂制成的碳化硅陶瓷,可以成功替代汽车工业中经常使用的含钴、镍和铬等稀有元素的合金零部件。

  碳化硅陶瓷的关键问题是在压缩状态下性能良好,但对于结构缺陷非常敏感,因此通常具有较低的拉伸强度和弯曲强度,抗裂性能较差。

  俄罗斯国立科技大学的科学家们找到了一种方法,通过使用自蔓延高温合成技术在碳化硅陶瓷中形成增强纳米纤维,显著提高了碳化硅陶瓷的烧结能力并提高其抗弯强度和断裂韧性。合成分几个阶段进行。首先,将硅、碳、钽和聚四氟乙烯粉末在行星式研磨机中混合,然后将所得混合物在反应器中燃烧。纳米纤维在燃烧过程中形成。最后,将成品在真空炉中进行烧结。

  由于钽和聚四氟乙烯的共同作用,因此合成得到了一种碳化硅纳米纤维增强的碳化硅基体材料。纳米纤维阻止了断裂扩展,激活了陶瓷烧结,并提高了烧结材料强度特性。

  纳米纤维的存在将碳化硅成品所需的烧结温度和持续时间从1800-2000℃的数小时,降低到1450℃,60分钟。研究人员计划继续致力于提高碳化硅的断裂韧性和强度。良好的机械特性和生产过程中成本效益相结合,将继续扩大碳化硅作为结构和耐火材料的应用范围。

  中国航空报讯:来自俄罗斯国立科技大学(NUST MISIS)的科学家发现了一种将碳化硅(一种用于生产耐火零部件最具潜力的航空结构材料)的断裂韧性提高1.5倍的方法——通过在结构中形成了增强纳米纤维获得这一成果。未来,该技术将扩大碳化硅作为结构和耐火材料的应用范围,包括用于飞机制造。有关这项研究的相关成果目前已经发表在了《国际陶瓷与材料》期刊中。

  截至2019年,全球碳化硅市场估计为25.8亿美元,预计每年增长将16%。碳化硅在自然界中基本不存在,因此需要通过人工合成的方式得到。

  目前,碳化硅在各个行业中越来越多地用作半导体材料、建筑材料、磨料和耐火材料。例如,碳化硅用于制造内燃机的涡轮叶片和零部件,将大大提高发动机的工作温度并显著提高功率、牵引功率、能源效率、环保性等关键性能。此外,由低成本的长石和石英砂制成的碳化硅陶瓷,可以成功替代汽车工业中经常使用的含钴、镍和铬等稀有元素的合金零部件。

  碳化硅陶瓷的关键问题是在压缩状态下性能良好,但对于结构缺陷非常敏感,因此通常具有较低的拉伸强度和弯曲强度,抗裂性能较差。

  俄罗斯国立科技大学的科学家们找到了一种方法,通过使用自蔓延高温合成技术在碳化硅陶瓷中形成增强纳米纤维,显著提高了碳化硅陶瓷的烧结能力并提高其抗弯强度和断裂韧性。合成分几个阶段进行。首先,将硅、碳、钽和聚四氟乙烯粉末在行星式研磨机中混合,然后将所得混合物在反应器中燃烧。纳米纤维在燃烧过程中形成。最后,将成品在真空炉中进行烧结。

  由于钽和聚四氟乙烯的共同作用,因此合成得到了一种碳化硅纳米纤维增强的碳化硅基体材料。纳米纤维阻止了断裂扩展,激活了陶瓷烧结,并提高了烧结材料强度特性。

  纳米纤维的存在将碳化硅成品所需的烧结温度和持续时间从1800-2000℃的数小时,降低到1450℃,60分钟。研究人员计划继续致力于提高碳化硅的断裂韧性和强度。良好的机械特性和生产过程中成本效益相结合,将继续扩大碳化硅作为结构和耐火材料的应用范围。

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