Hoe kan de taaiheid van siliciumcarbide-keramiek worden verbeterd?

Siliciumcarbide-keramiek heeft de voordelen van hoge hardheid, hoge sterkte, hoge temperatuurbestendigheid en corrosieweerstand, maar de taaiheid is relatief laag. Hieronder volgen enkele methoden om de taaiheid van siliciumcarbidekeramiek te verbeteren:
1. Harden van deeltjes
Introductie van deeltjes uit de tweede fase: Voeg enkele deeltjes met een hoge taaiheid toe, zoals titaniumcarbide (TiC) en boorcarbide (B₄C) aan siliciumcarbide-keramiek. Deze deeltjes kunnen de voortplanting van scheuren in de keramische matrix belemmeren, waardoor de taaiheid van het keramiek wordt verbeterd. Het toevoegen van een geschikte hoeveelheid TiC-deeltjes kan bijvoorbeeld de breuktaaiheid van siliciumcarbide-keramiek met meer dan 20% verhogen.
Harden van nanodeeltjes: Nanodeeltjes hebben de kenmerken van een groot specifiek oppervlak en een hoge activiteit, en kunnen interfaces op nanoschaal vormen in de keramische matrix, waardoor de taaiheid van keramiek wordt verbeterd. Het toevoegen van nano-siliciumcarbidedeeltjes kan bijvoorbeeld de breuktaaiheid van siliciumcarbide-keramiek met meer dan 30% verhogen.
2. Vezelharding
Continue vezelverharding: voeg continue vezels zoals koolstofvezels en siliciumcarbidevezels toe aan siliciumcarbide-keramiek. Deze vezels kunnen een driedimensionale netwerkstructuur in de keramische matrix vormen, waardoor de uitzetting van scheuren effectief wordt tegengegaan en de taaiheid van keramiek wordt verbeterd. De toevoeging van koolstofvezels kan bijvoorbeeld de breuktaaiheid van siliciumcarbide-keramiek met meer dan 50% verhogen.
Harden van korte vezels: Korte vezels kunnen ook tot op zekere hoogte de taaiheid van siliciumcarbide-keramiek verbeteren. Korte vezels kunnen scheuren in de keramische matrix overbruggen, waardoor de uitzetting van scheuren wordt vertraagd. De toevoeging van gehakte koolstofvezels kan bijvoorbeeld de breuktaaiheid van siliciumcarbide-keramiek met meer dan 20% verhogen.
3. Fasetransformatie-harding
Zirkoniumoxide-fasetransformatieharding: Zirkoniumoxide (ZrO₂) wordt toegevoegd aan siliciumcarbide-keramiek en de martensitische fasetransformatie van zirkoniumoxide wordt gebruikt om de taaiheid van keramiek te verbeteren. Wanneer keramiek wordt blootgesteld aan externe krachten, ondergaat zirkoniumoxide een fasetransformatie van tetragonale fase naar monokliene fase. Dit fasetransformatieproces absorbeert energie, waardoor de uitzetting van scheuren wordt belemmerd en de taaiheid van keramiek wordt verbeterd. Het toevoegen van een geschikte hoeveelheid zirkoniumoxide kan bijvoorbeeld de breuktaaiheid van siliciumcarbide-keramiek met meer dan 30% verhogen.
Harden met andere faseovergangsmaterialen: Naast zirkoniumoxide zijn er nog enkele andere faseovergangsmaterialen die ook kunnen worden gebruikt om de taaiheid van siliciumcarbide-keramiek te verbeteren, zoals bariumtitanaat (BaTiO₃).
4. Composietharding
Harden van deeltjes-vezelcomposiet: Het combineren van deeltjesharden en vezelharden kan de taaiheid van siliciumcarbide-keramiek verder verbeteren. Het tegelijkertijd toevoegen van titaniumcarbidedeeltjes en koolstofvezels aan siliciumcarbide-keramiek kan bijvoorbeeld de breuktaaiheid van keramiek met meer dan 60% verhogen.
Meerlaagse composietharding: Door meerlaagse siliciumcarbide-keramiek te bereiden, kan het grensvlakeffect tussen verschillende lagen worden gebruikt om de taaiheid van keramiek te verbeteren. Het bereiden van meerlaags composietkeramiek van siliciumcarbide en zirkoniumoxide kan bijvoorbeeld de breuktaaiheid van keramiek met meer dan 40% verhogen.
5. Optimaliseren van het bereidingsproces
Beheersing van de sintertemperatuur en -druk: Het op de juiste manier verhogen van de sintertemperatuur en -druk kan de verdichting van keramiek bevorderen, poriën en defecten in keramiek verminderen en zo de taaiheid van keramiek verbeteren. Bij het bereiden van siliciumcarbide-keramiek door middel van heet persen, bijvoorbeeld, kan het verhogen van de sintertemperatuur en -druk de breuktaaiheid van keramiek met meer dan 20% verhogen.
Gebruik geavanceerde sintertechnologie: zoals vonkplasmasinteren (SPS), microgolfsinteren, enz. Deze geavanceerde sintertechnologieën kunnen in kortere tijd keramische verdichting bereiken, defecten in keramiek verminderen en zo de taaiheid van keramiek verbeteren. Wanneer bijvoorbeeld SPS-technologie wordt gebruikt om siliciumcarbide-keramiek te vervaardigen, kan de breuktaaiheid van keramiek met meer dan 30% worden verhoogd.
Het verbeteren van de taaiheid van siliciumcarbide-keramiek vereist een uitgebreide overweging van meerdere factoren, het gebruik van meerdere hardingsmethoden en optimalisatie van het voorbereidingsproces. Door de uitgebreide toepassing van deze methoden kan de taaiheid van siliciumcarbidekeramiek effectief worden verbeterd en kan het toepassingsbereik ervan worden uitgebreid.
Als u wilt weten hoe u de taaiheid van siliciumcarbide-keramiek kunt verbeteren, kunt u contact opnemen met Superior Ceramics Times, wij zullen ons best doen om u te helpen!