کامپوزیت های سیلیسیم نیترید-سیلیکون کاربید: بوته سرامیک با آنتروپی بالا برای محیط های شدید

1. ساختارهای محصول و طراحی مشارکتی

1.1 کیفیت های ذاتی فازهای تشکیل دهنده

(سرامیک کامپوزیت سیلیکون نیترید و سیلیکون کاربید)

نیترید سیلیکون (اگر فر N₄) و کاربید سیلیکون (SiC) هر دو به صورت کووالانسی متصل هستند, چینی های غیر اکسیدی که به دلیل کارایی فوق العاده خود در دمای بالا مشهور هستند, مخرب, و از نظر مکانیکی به تنظیمات نیاز دارد.

نیترید سیلیکون دوام قابل توجهی در شکستگی نشان می دهد, مقاومت در برابر شوک حرارتی, و پایداری خزش به دلیل ریزساختار منحصربه‌فرد آن متشکل از بتا-Si شش N چهار دانه توسعه‌یافته که انحراف شکستگی و سیستم‌های اتصال را امکان‌پذیر می‌سازد..

چقرمگی را تقریبا حفظ می کند 1400 درجه سانتیگراد و دارای ضریب انبساط حرارتی نسبتاً پایینی است (~ 3.2 × 10 6/ ک), کاهش تنش های حرارتی در طول تغییرات سریع دما.

از طرفی دیگر, کاربید سیلیکون از سفتی برتر استفاده می کند, هدایت حرارتی (تقریبا 120– 150 W/(m · K )برای کریستال های منفرد), مقاومت در برابر اکسیداسیون, و بی اثری شیمیایی, آن را برای برنامه های اتلاف گرم خشن و تابشی عالی می کند.

فاصله باند وسیع آن (~ 3.3 eV for 4H-SiC) additionally gives excellent electric insulation and radiation tolerance, helpful in nuclear and semiconductor contexts.

When incorporated into a composite, these materials display corresponding behaviors: Si three N four improves durability and damages resistance, while SiC enhances thermal administration and use resistance.

The resulting crossbreed ceramic attains an equilibrium unattainable by either stage alone, creating a high-performance structural product tailored for extreme service conditions.

1.2 Compound Style and Microstructural Engineering

The layout of Si six N ₄– SiC compounds entails exact control over stage circulation, grain morphology, and interfacial bonding to maximize collaborating impacts.

Generally, SiC is introduced as great particle support (ranging from submicron to 1 میکرومتر) در یک ماتریس Si چهار N4, اگرچه معماری های دارای رتبه بندی عملکردی یا تقسیم شده نیز برای کاربردهای تخصصی کشف شده اند.

در حین پخت– معمولاً از طریق تف جوشی با فشار گاز (پزشک عمومی) یا هل دادن گرم– بیت های SiC بر هسته و سینتیک توسعه β-Si دو N چهار دانه تاثیر می گذارد, به طور مکرر ریزساختارهای ظریف تر و حتی سازگارتر را ترویج می کنند.

این پالایش همگنی مکانیکی را بهبود می بخشد و اندازه نقص را به حداقل می رساند, افزایش استحکام و قابلیت اطمینان بهتر.

سازگاری رابط در بین دو مرحله مهم است; با توجه به این واقعیت که هر دو چینی کووالانسی با تعادل کریستالوگرافی مشابه و رفتار توسعه حرارتی هستند, آنها مرزهای سیستماتیک یا نیمه منسجمی را ایجاد می کنند که در برابر جدا شدن از لات ها مقاومت می کنند.

مواد افزودنی مانند ایتریا (Y ₂ O THREE) و آلومینا (Al two O ₃) به عنوان کمک پخت برای تبلیغ چگالی فاز مایع Si 4 N4 بدون به خطر انداختن امنیت SiC استفاده می شود..

با این حال, مراحل اضافی بیش از حد می تواند کارایی در دمای بالا را بدتر کند, بنابراین ترکیب و پردازش باید به حداکثر برسد تا فیلم‌های حاشیه دانه لعاب‌دار به حداقل برسد.

2. تکنیک های پردازش و چالش های تراکم

( سرامیک کامپوزیت سیلیکون نیترید و سیلیکون کاربید)

2.1 کار آماده سازی پودر و تکنیک های شکل دهی

Si Two N ₄ درجه بالا– کامپوزیت های SiC با ترکیب همگن فوق ریز شروع می شوند, پودرهای با خلوص بالا با استفاده از آسیاب گرد مرطوب, فرز فرسایشی, یا پراکندگی اولتراسونیک در محیط های آلی یا مایع.

دستیابی به پراکندگی سازگار برای جلوگیری از خوشه SiC ضروری است, که می تواند به عنوان متمرکز کننده اضطراب و کاهش قدرت شکستگی عمل کند.

چسب‌ها و پراکنده‌ها برای حمایت از تعلیق برای شکل‌دهی استراتژی‌هایی مانند ریخته‌گری لغزشی کمک می‌کنند., پخش نوار, یا قالب گیری شات, بسته به هندسه عنصر مورد نظر.

اجسام سبز پس از آن به دقت خشک می شوند و قبل از پخت مواد آلی جدا می شوند, فرآیندی که نیاز به نرخ گرمایش خانه تنظیم شده برای جلوگیری از شکافتن یا تاب برداشتن دارد.

برای تولید نزدیک به شبکه, تکنیک‌های افزایشی مانند جت بایندر یا استریولیتوگرافی در حال ظهور هستند, این امکان را برای هندسه های پیچیده ای فراهم می کند که قبلاً با پردازش سنتی سرامیک غیرقابل دستیابی بود.

این تکنیک ها به مواد اولیه سفارشی با حداکثر رئولوژی و چقرمگی سازگار با محیط زیست نیاز دارند, اغلب شامل پرسلن های مشتق از پلیمر یا مواد حساس به نور بسته بندی شده با پودرهای کامپوزیت.

2.2 دستگاه های پخت و امنیت مرحله

چگالش Six N FOUR– کامپوزیت های SiC به دلیل پیوند کووالانسی جامد و حداقل خود انتشار نیتروژن و کربن در سطوح دمایی مفید چالش برانگیز هستند..

تف جوشی فاز مایع با استفاده از اکسیدهای خاکی کمیاب یا سیاره قلیایی (به عنوان مثال, Y دو و شش, MgO) سطح دمای یوتکتیک را کاهش می دهد و حمل و نقل جرم را با ذوب سیلیکات گذرا افزایش می دهد.

تحت فشار گاز (به طور معمول 1– 10 MPa N 2), این ذوب بازآرایی را تسهیل می کند, محلول-رسوب, و آخرین تراکم در حالی که کاهش تجزیه Si four N FOUR.

وجود SiC بر ویسکوزیته و ترشوندگی فاز مایع تأثیر می گذارد, احتمالاً تغییر ناهمسانگردی رشد دانه و آخرین ظاهر.

تیمارهای گرمای پس از تف جوشی ممکن است به شکل گیری فازهای آمورف مکرر در مرزهای دانه مربوط باشد., افزایش خواص مکانیکی در دمای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون.

پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (کدام) به طور مداوم برای تأیید خلوص مرحله استفاده می شود, عدم وجود مراحل دوم نامطلوب (به عنوان مثال, سی دو N TWO O), و ریزساختار یکنواخت.

3. راندمان مکانیکی و حرارتی تحت لات

3.1 استقامت, قدرت, و مقاومت در برابر خستگی

اگر فر N₄– کامپوزیت های SiC عملکرد مکانیکی برتری را در مقابل پرسلن های یکپارچه نشان می دهند, با مقاومت خمشی بیش از حد 800 مقادیر MPa و استحکام شکست به 7 می رسد– 9 MPa · m 1ST/².

نتیجه تقویت کننده قطعات SiC مانع از حرکت نابجا و تکثیر شکستگی می شود, در حالی که Si طولانی دو N چهار دانه باقی می ماند تا از طریق دستگاه های کشش و اتصال تقویت شود.

این رویکرد دوگانه سختی باعث می شود ماده ای بسیار مقاوم در برابر ضربه باشد, چرخه حرارتی, و خستگی مکانیکی– برای عناصر دوار و اجزای ساختاری در هوا فضا و سیستم های قدرت حیاتی است.

مقاومت در برابر خزش تقریباً برجسته می ماند 1300 درجه سانتیگراد, به پایداری شبکه کووالانسی و کاهش سر خوردن مرز دانه در هنگام کاهش فازهای آمورف نسبت داده می شود..

مقادیر استحکام معمولاً متفاوت است 16 به 19 GPa, ایجاد مقاومت در برابر سایش و فروپاشی فوق‌العاده در محیط‌های ساینده مانند چرخش‌های پر از شن یا تماس‌های سر خوردن.

3.2 مدیریت حرارتی و دوام محیطی

افزودن SiC به طور قابل توجهی هدایت حرارتی کامپوزیت را افزایش می دهد, اغلب دو برابر کردن سی خالص Si 6 N FOUR (که از 15 متغیر است– 30 W/(m · K) )تا 40– 60 W/(m · K) بسته به محتوای وب SiC و ریزساختار.

این ظرفیت انتقال گرم افزایش یافته اجازه می دهد تا مدیریت حرارتی بسیار قابل اطمینان تری در قسمت هایی که به گرمایش موضعی شدید نشان داده شده است., مانند آسترهای احتراق یا قطعات رو به پلاسما.

کامپوزیت امنیت ابعادی را تحت گرادیان های حرارتی شدید حفظ می کند, ایستادن در برابر ریزش و شکستگی در نتیجه توسعه حرارتی منطبق و پارامتر شوک حرارتی بالا (R-value).

مقاومت در برابر اکسیداسیون یک مزیت مهم اضافی است; SiC یک سیلیس محافظ تشکیل می دهد (SiO2) لایه ای پس از قرار گرفتن در معرض اکسیژن در دماهای بالا, که حتی بیشتر مسائل سطح را متراکم و ایمن می کند.

این لایه غیرفعال از SiC و Si Three N₄ محافظت می کند (که به علاوه به SiO 2 و N 2 اکسید می شود), تضمین دوام طولانی مدت در هوا, بخار سنگین, یا جوهای سوزان.

4. برنامه های کاربردی و مسیرهای فنی آینده

4.1 هوافضا, انرژی, و سیستم های صنعتی

Si Two N FOUR– ترکیبات SiC به تدریج در ژنراتورهای گازی نسل بعدی مستقر می شوند, جایی که اجازه می دهند دمای عملیاتی بالاتری داشته باشند, افزایش کارایی سوخت, و تقاضای سرمایش را به حداقل رساند.

عناصری مانند پره های توربین بادی, آسترهای احتراق, و پره های راهنمای نازل از توانایی محصول برای تحمل دوچرخه سواری حرارتی و بارگذاری مکانیکی بدون تخریب قابل توجه بهره می برند..

در نیروگاه های اتمی, به ویژه راکتورهای با دمای بالا که با گاز خنک می شوند (HTGR ها), این کامپوزیت ها به دلیل مقاومت در برابر تابش نوترون و قابلیت نگهداری اقلام شکافتی به عنوان پوشش گاز یا تکیه گاه های معماری عمل می کنند..

در مجموعه های صنعتی, آنها در حمل و نقل فولاد مایع استفاده می شوند, مبلمان کوره, و نازل ها و بلبرینگ های مقاوم در برابر سایش, که در آن فلزات استاندارد قطعا خیلی زود کوتاه می آیند.

طبیعت سبک وزن آنها (ضخامت ~ 3.2 g/cm FIVE) همچنین آنها را برای پیشرانه های هوافضا و اجزای خودروهای مافوق صوت در معرض گرمایش هوا گرمایی جذاب می کند..

4.2 تولید پیشرفته و ادغام چند منظوره

مطالعه نوظهور بر توسعه Si six N FOUR دارای رتبه عملکردی متمرکز است– چارچوب های SiC, که در آن ساختار از نظر مکانی برای افزایش حرارت متفاوت است, مکانیکی, یا خواص مسکونی الکترو مغناطیسی در سراسر یک عنصر واحد.

سیستم های دورگه از جمله CMC (کامپوزیت زمینه سرامیکی) معماری با تقویت فیبر (به عنوان مثال, SiC_f/ SiC– Si Five N 4) مرزهای تحمل آسیب و کرنش تا شکست را فشار دهید.

تولید افزودنی این ترکیبات به مبدل های گرمایی بهینه شده با توپولوژی اجازه می دهد, ریز راکتورها, و کانال‌های تهویه مطبوع احیاکننده با ساختارهای شبکه‌ای داخلی که از طریق ماشین‌کاری قابل دستیابی نیستند..

علاوه بر این, ساختمان‌های دی الکتریک اساسی و امنیت حرارتی آنها آنها را کاندیدای رادار شفاف و پنجره‌های خانه آنتن در سکوهای پرسرعت می‌کند..

همانطور که نیازها برای محصولاتی که به طور قابل اعتماد تحت بارهای حرارتی مکانیکی شدید افزایش می یابد, اگر فر N₄– ترکیبات SiC یک پیشرفت مهم در مهندسی سرامیک است, ترکیب اثربخشی با عملکرد در یک واحد, پلت فرم ماندگار.

در نتیجه, نیترید سیلیکون– سرامیک های کامپوزیت کاربید سیلیکون قدرت مواد به طرح را نشان می دهند, استفاده از استقامت از 2 چینی های نوآورانه برای تولید سیستم هیبریدی با قابلیت رشد در شدیدترین اتمسفرهای کاربردی.

پیشرفت مداوم آنها مطمئناً یک کارکرد اصلی قبل از زمان پاکسازی قدرت خواهد داشت, هوافضا, و فناوری های مدرن تجاری در قرن بیست و یکم.

5. فروشنده

TRUNNANO تامین کننده پودر تنگستن کروی با بیش از حد است 12 سالها تجربه در حفظ انرژی نانوساختمان و توسعه فناوری نانو. پرداخت از طریق کارت اعتباری را می پذیرد, T/T, West Union و Paypal. Trunnano کالاها را از طریق FedEx برای مشتریان خارج از کشور ارسال خواهد کرد, DHL, از طریق هوا, یا از طریق دریا. اگر می خواهید در مورد پودر تنگستن کروی بیشتر بدانید, لطفا با ما تماس بگیرید و درخواست ارسال کنید.
برچسب ها: سرامیک کامپوزیت سیلیکون نیترید و سیلیکون کاربید, Si3N4 و SiC, سرامیک پیشرفته

همه مقالات و تصاویر از اینترنت هستند. اگر هر گونه مشکل کپی رایت وجود دارد, لطفا به موقع برای حذف با ما تماس بگیرید.

از ما پرس و جو کنید