현대 과학 및 기술의 급속한 발전으로 항공 우주, 에너지 및 기타 분야의 분야는 구조 재료의 성능에 대한보다 높은 요구 사항을 제시합니다. 높은 인성, 내마모성, 내 부식성 및 우수한 열적 / 화학적 안정성을 갖는 새로운 복합 재료의 개발은 재료 연구의 핫스팟 중 하나가되었습니다. 그 중에서도 위스커 강 복합 재료는 그 우수한 특성으로 인해 많은 주목을 받고있다.
인공 위스커는 "수염의 왕"이라는 명성을 얻었으며 고강도 및 높은 탄성 계수의 장점을 가지고 있습니다. 실리콘 카바이드 위스커의 첨가는 복합재의 파괴 인성 및 휨강도를 현저히 향상시켰다. 세라믹 기반 및 폴리머 기반의 복합 재료는 기계, 화학, 방위, 에너지, 환경 보호 및 기타 분야에서 널리 사용되어 왔으며 우수한 보강 및 강화제 인 sic 위스커 강화 금속 기반, 세라믹 기반 및 폴리머 기반 복합 재료가 널리 사용되었습니다.
첫째, 실리콘 카바이드 위스커의 성질
인공 위스커 (sic whisker)는 직경이 나노 미터에서 마이크로 미터에 이르는 고도로 지향 된 단결정 파이버입니다. 그 결정 구조는 다이아몬드의 그것과 유사하다. 결정에 화학적 불순물이 거의없고, 결정립 경계가없고, 결정 구조 결함이 거의 없다. 상 조성물은 균일하다. 높은 융점, 낮은 밀도, 높은 강도, 높은 탄성 계수, 낮은 열 팽창률, 및 내마모성, 내식성 및 고온 내 산화성을 갖는다. 고온 및 고강도 응용 분야가 요구되는 강화 용도에 주로 사용됩니다.
관련 지표는 다음 표에 나와 있습니다.
융점 :> 2700 ℃
밀도 : 3.21g / cm3
인장 강도 : 2100kg / cm2
탄성 계수 : 4.9 × 10 ^ 4kg / cm2
sic 위스커는 α 형 (육각형과 능 면체 구조)과 β 형 (면심 입방 구조)의 두 가지 결정형을 가지고 있으며 β 형은 모든면에서 α 형보다 우수합니다. 현재 β-sic 위스커만이 산업 규모의 생산을 달성했기 때문에 연구와 사용은 주로 베타 상 위스커이다.
둘째, 실리콘 카바이드 위스커의 연구와 응용
현재, 세라믹 위스커는 금속 기반, 세라믹 기반 및 폴리머 기반 복합 재료를 강화하기 위해 널리 사용되어왔다. 다음은 다양한 분야의 응용에 대한 간략한 소개입니다.
1. 금속 위스커 강화 금속 기지 복합 재료
심각한 인터페이스 손상 및 위스커 손상없이 양호한 습윤성을 보장한다는 전제하에, 현재의 제조 공정은보다 성숙한 표면 위스커 강성 알루미늄 매트릭스 복합 재료이다. 거의 모든 시판중인 알루미늄 합금은 다이 캐스팅 또는 분말 야금에 의해 표면 위스커와 성공적으로 혼합 될 수 있으며 실용화되어왔다.
주요 제조 업체위스커강화 된 금속 기지 복합 재료 제품은 acmc, mitsubishi 전기 및 미국 해군 무기 센터입니다. 제품에는 경량, 고강도, 내열성, 낮은 열팽창 계수 및 좋은 탈기의 장점이 있습니다. 항공기 스킨, 익형, 수직 꼬리, 미사일, 초경량 우주 망원경과 같은 항공 우주 및 군사 분야에서 사용되며 자동차, 기계 및 기타 부품 및 스포츠 장비에도 사용될 수 있습니다.
2. 세라믹 위스커 강화 세라믹 매트릭스 복합 재료
세라믹 위스커 강화 세라믹 재료는 주로 Al2O3, ZRO2, 멀 라이트 세라믹스 등입니다. 복합 기술이 계속 성숙되면서, Si3N4, ZRB2 및 유리 세라믹과 같은 복합 재료가 표면에 나타납니다.
에이. al2o3 세라믹 매트릭스 복합체
알루미나 세라믹은 높은 융점, 높은 경도, 내마모성 및 구조 안정성의 장점을 가지고 있지만 강도는 낮습니다. 강도를 높이고 강도를 높이면 인성은 9mpa · m1 / 2 이상에 도달 할 수 있으며 강도는 600-900mpa에 도달 할 수 있습니다.
알루미나의 사용을 더욱 넓히기위한 실리콘 카바이드 위스커의 사용은 부품, 절삭 공구 및 내연 기관의 특정 부품의 마모에 적용되었다.
그 중에서도 세라믹 위스커로 강화 된 세라믹 절삭 공구 재료는 우수한 파괴 인성 및 내열 충격으로 고온 합금과 같은 합금을 절단하는 데있어서 뛰어난 성능을 가지며 공구의 수명을 연장시키고 절삭 효율은 훨씬 높습니다 일반 도구보다 뛰어나며 응용 가능성이 뛰어납니다.
비. zro2 세라믹 매트릭스 복합 재료
산화 지르코늄 세라믹은 높은 화학적 안정성, 높은 융점 및 우수한 고온 컨덕턴스로 인해 내화물, 고속 이온 전도체, 고온 발열체 등으로 널리 사용됩니다. 고온에서의 상 변태 강화기구의 고장으로 인해 고온 기계적 성질이 심각하게 저하된다. sic 위스커의 첨가는 탄성 계수, 경도, 고온 강도 및 인성을 증가시켜 적용 범위를 확대 할 수있다.
현재 sic 위스커 강화 zro2 세라믹은 1350 ° C 이상에서 사용되는 가스 터빈 로터, 터빈 고정자 블레이드, 다양한 세라믹 엔진 부품, 세라믹 공구, 와이어 드로잉 다이, 베어링 등에 적용될 수 있습니다.
기음. 멀 라이트 세라믹 매트릭스 복합체
뮬라이트 세라믹은 균일 팽창, 우수한 내열 충격성, 높은 경도 및 낮은 온도 크립 값의 장점을 가지고 있습니다. 그것은 고품질의 내화물 재료이지만 인성이 상대적으로 낮아서 실제 적용에 영향을 미친다.
중국 과학원 도자기 연구소의 황 정근 (huang zhengren)은 뮬라이트 (mullite)를 강화하기 위해 30 vol %의 β- 위크 수염을 사용했다. sps 소결 조건 하에서, 재료 강도는 고온 압력 인 570 mpa보다 약 10 % 높으며, 파괴 인성은 4.5 mpam 1/2이다. 멀 라이트가 100 % 이상 증가합니다.
디. zrb2 세라믹 매트릭스 복합 재료
zrb2 세라믹은 높은 융점, 높은 경도, 우수한 내마모성 및 화학적 안정성의 장점을 가지고 있습니다. 그들은 전형적인 초고온 세라믹이며 야금 산업, 전자 장비 및 내화 금속의 주조에 사용될 수 있습니다. 낮은 인성으로 인하여 응용 범위의 추가 확장을 제한합니다. zrb2 매트릭스에 sic 위스커를 첨가하면 재료의 인성이 향상됩니다.
연구 결과에 따르면 탄화 규소 위스커가 30 %의 부피비로 첨가 될 때 재료의 인성은 6.33 mpa · m 1/2에 도달 할 수 있으며 이는 순수한 zrb2 세라믹보다 71 % 더 높고 33 % sic 입자는 zrb2 세라믹을 강화 시켰습니다. %. sic 위스커 강화 zrb2 세라믹은 열 보호 장치, 초음속 항공 우주 차량의 전면 구획 및 로켓 노즐과 같은 내열 부품에 사용할 수 있습니다.
이자형. 실리콘 위스커는 실리콘 질화물 세라믹을 강화
Si3N4 세라믹을 강화하는 표면 위스커는 파괴 인성 및 안정성을 향상시키는 주요 방법 중 하나입니다. 이전의 연구들은 위스커 강하게하는 효과가 위스커의 분산 정도, 위스커의 크기 및 부피 분율뿐만 아니라 위스커의 공간적인 위치와 방향에 의존한다는 것을 보여 주었다.
연구진은 규소 위스커의 질화 규 소계 복합 재료에서 위스커 방향을 연구했다. 위스커가 동일한 방향으로 있고 위스커가 기판 계면에 약하게 연결되면이 방향의 파괴 인성이 최대 값을 갖습니다. 강도 및 파괴 인성은 각각 1038 mpa 및 10.7 mpa m 1/2이었다.
질화 규소 세라믹의 우수한 물리적 및 기계적 성질 및 화학적 성질 시리즈는 고온 구조 재료, 공구 세라믹 재료, 내마모성 세라믹 재료 및 내마모성 세라믹 재료에서 큰 시장 및 응용 가능성을 가지고 있습니다. 수염 모양의 연구가 심화됨에 따라 공구, 베어링, 엔진, 단열재 등에 실리콘 질화물 세라믹을 적용하는 것이 더 완벽 할 것입니다.
에프. 유리 세라믹 매트릭스 복합체
유리 세라믹에 유리 위스커 (sic whisker)를 첨가하면 유리 성형의 이점을 유지할뿐만 아니라 재료의 강도 및 인성을 2 배 이상 증가시킵니다.
예를 들어, sic 위스커 강화 및 보강 된 생체 활성 유리 - 세라믹 복합 재료는 sic의 무독성으로 인해 4.3 mpa · m 1/2의 인성, 최대 460 mf의 강도 및 최대 24.7의와 이블 계수를 갖습니다 휘스커 및 바이오 글라스 세라믹의 생체 활성. 인체의 굴곡 강도에 해당하는 응력 하에서 수명이 50 년 이상이며 평균 수명이 가장 긴 바이오 세라믹 소재입니다. 인공 치아와 뼈 수리 재료 및 뼈와 관절과 같은 뼈를 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 조직 공학 비계 재료.
3. 표면 위스커 강화 폴리머 복합 재료
중합체 재료의 보강제 및 보강제로서 유리 위스커는 용융 점도를 증가시키지 않고 재료의 인성 및 신장을 현저하게 향상시킨다. 그것은 복잡한 모양, 높은 정밀도 및 높은 표면 마무리를 가진 부품을 준비하는 데 사용될 수 있습니다.
연구 결과 pvc에서 질량 분율이 5 % 인 sic 위스커를 첨가하면 재료의 인성이 50 % 증가하고 연신율이 4 배 이상 증가 할 수 있음이 밝혀졌습니다. 따라서 sic 위스커는 pvc와 같은 폴리머와 혼합되어 제트 엔진 오일 탱크 블레이드, 헬리콥터 프로펠러, 항공기 및 자동차 부품과 같은 우수한 특성을 가진 복합 재료를 생산합니다.
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