탄화 규소 위스 커 위스커 (sic-w)의 특성은 나노 미터에서 마이크로 미터 범위의 직경을 가진 고도로 배향 된 단결정 파이버입니다. 결정 구조는 다이아몬드와 유사하다. 결정에 화학적 불순물이 거의없고 입계가 없다. 결정 구조는 결함이 적고 결정상 성분이 균일하다. 높은 융점, 낮은 밀도, 높은 강도, 높은 탄성 계수, 낮은 열팽창 률 및 내마모성, 내 부식성 및 고온 내 산화성을 갖는다. 그것은 고온 및 고강도 응용 분야가 요구되는 강화 응용 분야에서 주로 사용됩니다. 관련 지표는 다음 표에 나와 있습니다.
융점> 2700 밀도 3. 21g / cm3 인장 강도 2100kg / cm2 탄성 계수 4. 9 × 104kg / cm2
sic-w는 α 형 (육각형 및 능 면체 구조)과 β 형 (면심 입방 구조)의 두 가지 결정형을 가지고 있으며 β 형은 모든면에서 α 형보다 우수합니다. 현재 β-sic-whiskers만이 산업 규모의 생산을 달성하여 연구와 사용은 주로 β-sic-whiskers이다.
sic-w는 세라믹 매트릭스 복합 재료를 강화하는 데 사용할 수 있습니다.
-w 강화 된 세라믹 물질은 주로 al2o3, zro2, 멀 라이트 (mullite) 세라믹 등이다. 복합 기술이 성숙함에 따라 Si3N4, zrb2 및 유리 세라믹과 같은 복합 재료가 강화되었습니다.
1) Al2O3 세라믹 매트릭스 복합체
알루미나 세라믹은 높은 융점, 높은 경도, 내마모성 및 구조 안정성의 장점을 가지고 있지만 강도는 낮습니다. sic-w에 의하여 강화하고 강화한 후에, 강인은 9mpa · m1 / 2 이상 도달 할 수 있고, 힘은 600-900mpa를 도달 할 수있다.
알루미나의 사용을 더욱 넓히기 위해 실리콘 카바이드 위스커를 사용하여 부품, 절삭 공구 및 내연 기관의 특정 부품을 마모시키는 데 적용되었습니다. 그 중에서도 세라믹 위스커 강화 세라믹 절삭 공구 재료는 우수한 파괴 인성 및 내열 충격으로 인해 고온 합금과 같은 까다로운 합금을 절단하는 데 탁월한 성능을 발휘하고 공구의 수명을 연장하며 절삭 효율은 훨씬 높습니다. 일반적인 도구는 큰 응용 가능성을 가지고 있습니다.
2) zro2 세라믹 매트릭스 복합체
산화 지르코늄 세라믹은 높은 화학적 안정성, 높은 융점 및 우수한 고온 전도성으로 인해 내화물, 고속 이온 전도체, 고온 발열체 등으로 널리 사용됩니다. 고온에서의 상 전이 강화 메카니즘의 실패로 인해 고온 기계적 특성이 심각하게 저하된다. sic-w의 첨가는 탄성 계수, 경도, 고온 강도 및 인성을 증가시켜 적용 범위를 확대 할 수있다.
현재 sic-w 강화 zro2 세라믹은 1350 이상에서 사용되는 가스 터빈 로터, 터빈 고정자 블레이드, 다양한 세라믹 엔진 부품, 세라믹 공구, 와이어 드로잉 다이, 베어링 등에 적용될 수 있습니다.
3) 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 그 인성은 상대적으로 낮아서 실제 적용에 영향을 미친다.
중국 과학 아카데미의 연구자들은 뮬라이트 (mullite)를 보강하기 위해 30 vol %의 β- 위크 수염을 사용했습니다. sps 소결 조건 하에서, 재료 강도는 고온 압력 인 570 mpa보다 약 10 % 높으며, 파괴 인성은 4.5 mpa 1/2이다. 멀 라이트가 100 % 이상 증가합니다.
4) zrb2 세라믹 매트릭스 복합재
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 인해 적용 범위가 더욱 확장됩니다. zrb2 매트릭스에 sic-w를 첨가하면 재료의 인성이 향상됩니다.
연구 결과에 따르면 탄화 규소 위스커가 30 %의 부피비로 첨가 될 때 재료의 인성은 순수한 zrb2 세라믹보다 71 % 높은 6.33 mpa · m 1/2에 도달 할 수 있으며 sic 입자는 zrb2 세라믹을 강화 시켰습니다. %. sic-w 강화 zrb2 세라믹은 열 보호 장치, 초음속 항공 우주 차량의 전면 구획 및 로켓 노즐과 같은 내열 부품에 사용할 수 있습니다.
5) 실리콘 위스커 강화 실리콘 질화물 세라믹
Si3N4 세라믹을 강화하는 표면 위스커는 파괴 인성 및 안정성을 향상시키는 주요 방법 중 하나입니다. 이전의 연구들은 위스커 강화 효과가 위스커의 분산 정도, 위스커 크기 및 부피비뿐만 아니라 위스커의 공간적 위치와 방향에 의존한다는 것을 보여 주었다.
연구진은 실리콘 위스커의 실리콘 질화물 기반 복합 재료에서 위스커 배향을 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 구조재, 공구 세라믹 재료, 내마모성 세라믹 재료 및 내마모성 세라믹 재료에서 큰 시장 및 응용 가능성을 가지고 있습니다. 단결정 질화 연구가 심화됨에 따라 공구, 베어링, 엔진, 단열재 등에 실리콘 질화물 세라믹을 적용하는 것이 더 완벽 할 것입니다.
6) 유리 세라믹 매트릭스 복합체
유리 세라믹에 sic-w를 첨가하면 쉬운 유리 성형의 장점을 보존 할뿐만 아니라 재료의 강도 및 인성을 2 배 이상 증가시킵니다.
예를 들어, sic-w 강화 및 강화 된 생체 활성 유리 - 세라믹 복합 재료는 무독성으로 인하여 4.3 mpa · m 1/2의 인성, 최대 460 mpa의 강도 및 최대 24.7의와 이블 계수를 갖습니다. sic-w 및 bioglass 세라믹의 생체 활성. 인체의 굴곡 강도에 해당하는 응력 하에서 수명이 50 년 이상이며 평균 수명이 긴 바이오 세라믹 소재입니다. 인공 치아와 뼈 수리 재료 및 뼈 및 관절과 같은 뼈를 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 조직 공학 스 캐 폴딩 재료.
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