propriétés du whisker en carbure de silicium sic whisker (sic-w) est une fibre monocristalline hautement orientée dont le diamètre varie de nanomètre à micromètre. la structure cristalline est similaire à celle du diamant. il y a peu d'impuretés chimiques dans le cristal et pas de joints de grains. la structure cristalline a peu de défauts et le composant de phase cristalline est uniforme. il a un point de fusion élevé, une densité faible, une résistance élevée, un module d'élasticité élevé, un faible taux de dilatation thermique et une résistance à l'usure, une résistance à la corrosion et une résistance à l'oxydation à haute température. il est principalement utilisé dans les applications de trempe nécessitant des applications à haute température et haute résistance. les indicateurs pertinents sont présentés dans le tableau suivant:
point de fusion & gt; 2700 densité 3. résistance à la traction de 21g / cm3 2100kg / cm2 module d'élasticité 4. 9 × 104kg / cm2
sic-w a deux formes cristallines de type α (structure hexagonale et rhomboédrique) et de type β (structure cubique à faces centrées), et le type β est supérieur au type α dans tous les aspects. À l'heure actuelle, seuls les β-sic-whiskers ont atteint la production à l'échelle industrielle. La recherche et l'utilisation concernent donc principalement les β-sic-whiskers.
sic-w peut être utilisé pour renforcer les composites à matrice céramique
Les matériaux céramiques trempés sont principalement les céramiques al2o3, zro2, mullite, etc. Alors que la technologie des composites continue de mûrir, des matériaux composites trempés tels que le si3n4, le zrb2 et la vitrocéramique ont vu le jour.
1) composite à matrice céramique al2o3
Les céramiques en alumine présentent les avantages suivants: point de fusion élevé, dureté élevée, résistance à l'usure et stabilité structurelle, mais leur résistance est faible. après durcissement et renforcement par sic-w, la ténacité peut atteindre plus de 9 MPa · m1 / 2 et la résistance peut atteindre 600 à 900 MPa.
l'utilisation de whiskers de carbure de silicium pour élargir encore l'utilisation d'alumine a été appliquée aux pièces d'usure, aux outils de coupe et à certains composants des moteurs à combustion interne. parmi eux, les matériaux pour outils de coupe en céramique trempés au whisker sic ont d'excellentes performances pour couper des alliages difficiles tels que des alliages pour hautes températures en raison de leur bonne ténacité et de leur résistance aux chocs thermiques, prolongeant la durée de vie de l'outil et leur efficacité de coupe est bien supérieure. les outils ordinaires ont un grand potentiel d'application.
2) composite à matrice céramique zro2
Les céramiques en oxyde de zirconium sont largement utilisées comme produits réfractaires, conducteurs à ions rapides, éléments chauffants à haute température, etc. en raison de leur stabilité chimique élevée, de leur point de fusion élevé et de leur bonne conductance à haute température. En raison de la défaillance du mécanisme de renforcement de la transformation de phase à haute température, ses propriétés mécaniques à haute température sont sérieusement détériorées. l'ajout de sic-w peut augmenter son module d'élasticité, sa dureté, sa résistance aux températures élevées et sa ténacité, élargissant ainsi son domaine d'application.
actuellement, les céramiques zro2 trempées sic-w peuvent être appliquées sur les rotors de turbines à gaz, les aubes de stator de turbines, diverses pièces de moteur en céramique, les outils en céramique, les matrices de tréfilage, les roulements, etc. utilisés au-delà de 1350.
3) composite à matrice céramique mullite
La céramique mullite présente les avantages d'une expansion uniforme, d'une bonne résistance aux chocs thermiques, d'une dureté élevée et d'un fluage à basse température. C'est un matériau réfractaire de haute qualité, mais sa ténacité est relativement faible, ce qui a une incidence sur son application pratique.
des chercheurs de l'académie chinoise des sciences ont utilisé 30% de moustaches β-siques pour renforcer la mullite. dans des conditions de frittage sps, la résistance du matériau est environ 10% plus élevée que la pression à chaud, 570 mpa, et la ténacité à la rupture est de 4,5 mpa 1/2. la mullite augmente de plus de 100%
4) composite à matrice céramique zrb2
Les céramiques zrb2 présentent les avantages suivants: point de fusion élevé, dureté élevée, excellente résistance à l'usure et stabilité chimique. Ce sont des céramiques typiques à ultra haute température et peuvent être utilisés dans l'industrie métallurgique, la fonderie d'équipements électroniques et de métaux réfractaires. En raison de la faible ténacité, il limite l'expansion de son domaine d'application. l'ajout de sic-w à la matrice zrb2 améliore la ténacité du matériau.
Des études ont montré que, lorsque l'on ajoute des trichites de carbure de silicium dans une fraction volumique de 30%, la ténacité du matériau peut atteindre 6,33 mpa · m 1/2, soit 71% de plus que celle des céramiques de zrb2 pures et 33% de plus que celle des particules sic a durci la céramique zrb2. %. Les céramiques zrb2 trempées sic-w peuvent être utilisées dans les équipements de protection thermique, les compartiments avant des véhicules aérospatiaux supersoniques et les composants résistant à la chaleur tels que les pistolets de fusée.
5) céramique sic whisker renforcée de nitrure de silicium
La céramique Si3n4 est l’un des principaux moyens d’améliorer sa ténacité et sa stabilité. Des études antérieures ont montré que l’effet de durcissement des moustaches dépend non seulement du degré de dispersion des moustaches, de la taille des moustaches et de la fraction volumique, mais également de la position spatiale et de l’orientation des moustaches.
Les chercheurs ont étudié l'orientation des moustaches dans les composites à base de nitrure de silicium contenant des moustaches sic. lorsque les moustaches sont dans la même direction et que les moustaches sont faiblement connectées à l'interface substrat, la résistance à la rupture dans cette direction a une valeur maximale. la résistance et la ténacité étaient respectivement de 1038 mpa et 10,7 mpa m 1/2.
une série d'excellentes propriétés physiques et mécaniques et de propriétés chimiques des céramiques en nitrure de silicium ont un potentiel de marché et d'application élevé dans les matériaux de structure à haute température, les matériaux céramiques pour outils, les matériaux céramiques résistant à l'usure et les matériaux céramiques résistant à l'usure. avec l’intensification de la recherche sur la trempe des moustaches, l’application de la céramique au nitrure de silicium dans les outils, les roulements, les moteurs, les matériaux isolants, etc. sera plus parfaite.
6) composite à matrice vitrocéramique
l'ajout de sic-w à la vitrocéramique préserve non seulement les avantages de la facilité de formage du verre, mais augmente également la résistance et la ténacité du matériau de plus de deux fois.
par exemple, les composites vitrocéramiques bioactifs trempés et renforcés au sic-w ont une ténacité de 4,3 mpa · m 1/2, une résistance maximale de 460 mpa et un coefficient de Weibull allant jusqu’à 24,7, en raison de la non-toxicité de sic-w et la bioactivité des céramiques en bioglass. le matériau a une espérance de vie de plus de 50 ans sous une contrainte équivalente à la résistance à la flexion du corps humain et constitue le matériau bio-céramique ayant la plus longue espérance de vie. il peut être utilisé pour préparer des dents artificielles et des matériaux de réparation osseuse et des os tels que des os et des articulations. matériel d'échafaudage d'ingénierie tissulaire.
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