1. Štruktúry produktov a spolupracujúci dizajn
1.1 Vnútorné kvality jednotlivých fáz
(Kompozitná keramika z nitridu kremíka a karbidu kremíka)
Nitrid kremíka (Ak rúra N ₄) a karbid kremíka (SiC) sú obe kovalentne viazané, neoxidové porcelány známe pre svoju vynikajúcu účinnosť pri vysokých teplotách, deštruktívne, a mechanicky vyžadujúce nastavenie.
Nitrid kremíka vykazuje pôsobivú lomovú odolnosť, odolnosť proti tepelným šokom, a stabilita pri tečení vďaka svojej jedinečnej mikroštruktúre zloženej z rozšírených β-Si šesť N štyroch zŕn, ktoré umožňujú vychyľovanie lomu a spojovacie systémy.
Zachováva približne pevnosť 1400 ° C a má relatívne nízky koeficient tepelnej rozťažnosti (~ 3.2 × 10 ⁻⁶/ K), zníženie tepelného napätia pri rýchlych teplotných zmenách.
Na druhej strane, karbid kremíka využíva prémiovú pevnosť, tepelná vodivosť (približne 120– 150 W/(m · K )pre solitérne kryštály), odolnosť proti oxidácii, a chemická inertnosť, vďaka čomu je vynikajúci pre drsné a sálavé aplikácie rozptylu tepla.
Jeho obrovský bandgap (~ 3.3 eV pre 4H-SiC) navyše poskytuje vynikajúcu elektrickú izoláciu a odolnosť voči žiareniu, užitočné v jadrových a polovodičových kontextoch.
Pri začlenení do kompozitu, tieto materiály vykazujú zodpovedajúce správanie: Si3N4 zlepšuje životnosť a odolnosť proti poškodeniu, zatiaľ čo SiC zvyšuje tepelné podávanie a odolnosť voči použitiu.
Výsledná krížená keramika dosahuje rovnováhu, ktorú nie je možné dosiahnuť ani jedným z týchto stupňov, vytvorenie vysokovýkonného konštrukčného produktu prispôsobeného pre extrémne prevádzkové podmienky.
1.2 Zložený štýl a mikroštruktúrne inžinierstvo
Rozloženie Si šesť N ₄– SiC zlúčeniny vyžadujú presnú kontrolu cirkulácie na úrovni, morfológia zrna, a medzifázové prepojenie na maximalizáciu dopadov spolupráce.
Vo všeobecnosti, SiC sa zavádza ako veľký nosič častíc (v rozsahu od submikrónového po 1 um) v matrici Si4N4, aj keď funkčne hodnotené alebo rozdelené architektúry sú tiež objavené pre špecializované aplikácie.
Počas spekania– typicky cez tlakové spekanie plynu (VŠEOBECNÝ LEKÁR) alebo teplé zatlačenie– Bity SiC ovplyvňujú nukleáciu a kinetiku vývoja β-Si dvoch N štyroch zŕn, často podporujú jemnejšie a ešte dôslednejšie orientované mikroštruktúry.
Toto zdokonalenie zlepšuje mechanickú homogenitu a minimalizuje veľkosť defektov, zvyšuje pevnosť a spoľahlivosť.
Dôležitá je kompatibilita rozhrania medzi týmito dvoma stupňami; v dôsledku skutočnosti, že oba sú kovalentné porcelány s podobnou kryštalografickou rovnováhou a tepelným vývojom, vytvárajú systematické alebo polokoherentné hranice, ktoré odolajú oddeleniu pod pozemkami.
Prísady ako yttria (Y ₂ O TRI) a oxid hlinitý (Al dva O ₃) sa používajú ako spekacia pomoc pri propagácii zhutňovania Si4N ₄ v kvapalnej fáze bez toho, aby bola ohrozená bezpečnosť SiC.
Avšak, príliš veľa dodatočných stupňov môže zhoršiť účinnosť pri vysokej teplote, preto je potrebné maximalizovať zloženie a spracovanie, aby sa minimalizovali filmy s glazúrovaným okrajom zrna.
2. Techniky spracovania a výzvy na zahusťovanie
( Kompozitná keramika z nitridu kremíka a karbidu kremíka)
2.1 Prášková príprava a techniky tvarovania
Vysoko kvalitný Si Two N ₄– SiC kompozity začínajú homogénnym miešaním ultrajemných, vysoko čisté prášky s použitím mokrého kruhového mletia, oterové frézovanie, alebo ultrazvuková disperzia v organických alebo kvapalných médiách.
Dosiahnutie konzistentnej disperzie je nevyhnutné, aby sa zabránilo zhluku SiC, ktoré môžu fungovať ako koncentrátory úzkosti a znižujú pevnosť lomu.
Spojivá a dispergačné činidlá sa podieľajú na podpore suspenzií pri formovacích stratégiách, ako je napríklad liatie liatím, šírenie pásky, alebo výstrelom, v závislosti od požadovanej geometrie prvku.
Zelené telieska sa potom starostlivo vysušia a oddelia, aby sa odstránili organické látky pred spekaním, proces vyžadujúci regulované rýchlosti vykurovania domácnosti, aby sa zabránilo štiepeniu alebo deformácii.
Na výrobu v tvare siete, objavujú sa aditívne techniky, ako je tryskanie spojiva alebo stereolitografia, čo umožňuje komplikované geometrie, ktoré boli predtým nedosiahnuteľné tradičným keramickým spracovaním.
Tieto techniky vyžadujú prispôsobené suroviny s maximálnou reológiou a ekologickou húževnatosťou, často zahŕňajúce porcelány odvodené z polymérov alebo fotosenzitívne materiály plnené kompozitnými práškami.
2.2 Spekacie zariadenia a zabezpečenie javiska
Zahustenie Si Six N FOUR– SiC kompozity sú náročné kvôli pevnej kovalentnej väzbe a minimálnej vlastnej difúzii dusíka a uhlíka pri užitočných teplotných úrovniach.
Spekanie v kvapalnej fáze pomocou oxidov vzácnych zemín alebo alkalických planét (napr., Y DVA O ŠEST, MgO) znižuje úroveň eutektickej teploty a zvyšuje transport hmoty prechodným rozmrazovaním kremičitanov.
Pri plynovom strese (typicky 1– 10 MPa N₂), táto tavenina uľahčuje preskupovanie, roztok-zrážanie, a posledné zahustenie pri súčasnom znížení rozpadu Si4N4.
Prítomnosť SiC ovplyvňuje viskozitu a zmáčavosť kvapalnej fázy, prípadne zmena anizotropie rastu zrna a posledného vzhľadu.
Tepelné úpravy po spekaní môžu súvisieť s tým, že na hraniciach zŕn získajú tvar opakujúcich sa amorfných fáz, zlepšuje mechanické vlastnosti pri vysokých teplotách a odolnosť proti oxidácii.
Röntgenová difrakcia (XRD) a rastrovacia elektrónová mikroskopia (KTORÝ) sa dôsledne používajú na overenie čistoty štádia, nedostatok nežiaducich druhých štádií (napr., Si dva N DVA O), a rovnomernú mikroštruktúru.
3. Mechanická a tepelná účinnosť pod šaržami
3.1 Výdrž, Pevnosť, a odolnosť proti vyčerpaniu
Ak Rúra N ₄– Kompozity SiC vykazujú vynikajúce mechanické vlastnosti v porovnaní s monolitickými porcelánmi, s pevnosťou v ohybe presahujúcou 800 Hodnoty MPa a lomovej pevnosti dosahujú 7– 9 MPa · m 1ST/ ².
Zosilňujúci výsledok fragmentov SiC bráni nesprávnemu pohybu a proliferácii zlomenín, zatiaľ čo predĺžené Si2N štyri zrná zostávajú na zabezpečenie spevnenia prostredníctvom vyťahovacích a spojovacích zariadení.
Tento prístup dvojitého spevnenia spôsobuje, že materiál je extrémne odolný voči nárazom, tepelné cyklovanie, a mechanická únava– životne dôležité pre rotujúce prvky a konštrukčné komponenty v kozmickom a energetickom systéme.
Odolnosť voči tečeniu zostáva približne vynikajúca 1300 °C, pripisuje sa stabilite kovalentnej siete a zníženiu kĺzania hraníc zŕn, keď sa znížia amorfné fázy.
Hodnoty tuhosti sa vo všeobecnosti líšia od 16 do 19 GPa, poskytuje vynikajúcu odolnosť proti opotrebovaniu a rozpadu v abrazívnych prostrediach, ako sú cirkulácie plné piesku alebo kĺzanie.
3.2 Správa tepla a odolnosť voči životnému prostrediu
Pridanie SiC výrazne zvyšuje tepelnú vodivosť kompozitu, často dvojnásobok čistého Si šesť N ŠTYRI (ktorá sa pohybuje od 15– 30 W/(m · K) )do 40– 60 W/(m · K) v závislosti od obsahu SiC webu a mikroštruktúry.
Táto zvýšená kapacita prenosu tepla umožňuje oveľa spoľahlivejšie riadenie teploty v častiach vystavených intenzívnemu lokalizovanému ohrevu, ako sú vložky spaľovania alebo komponenty orientované na plazmu.
Kompozit si zachováva rozmerovú bezpečnosť pri strmých teplotných gradientoch, vystavenie štiepeniu a lámaniu v dôsledku prispôsobeného tepelného vývoja a vysokého parametra tepelného šoku (R-hodnota).
Ďalšou zásadnou výhodou je odolnosť voči oxidácii; SiC tvorí ochranný oxid kremičitý (SiO₂) vrstva pri vystavení kyslíku pri zvýšených teplotách, čo ešte viac zahusťuje a zabezpečuje povrchové problémy.
Táto pasívna vrstva chráni SiC aj Si3 N 4 (ktorý dodatočne oxiduje na Si02 a N2), zabezpečuje dlhodobú trvanlivosť na vzduchu, ťažká para, alebo horiace atmosféry.
4. Aplikácie a budúce technické trajektórie
4.1 Letectvo a kozmonautika, energie, a priemyselných systémov
Si Dva N ŠTYRI– SiC zlúčeniny sa postupne nasadzujú v plynových generátoroch novej generácie, kde umožňujú vyššie prevádzkové teploty, zvýšená účinnosť paliva, a minimalizované nároky na chladenie.
Prvky, ako sú lopatky veterných turbín, vložky spaľovacieho zariadenia, a vodiace lopatky trysky získavajú zo schopnosti produktu vydržať tepelné bicyklovanie a mechanické zaťaženie bez podstatnej degradácie.
V atómových elektrárňach, najmä vysokoteplotné plynom chladené reaktory (HTGR), tieto kompozity pôsobia ako plynové opláštenie alebo architektonické podpery vďaka ich odolnosti voči neutrónovému žiareniu a schopnosti zadržania štiepnych látok.
V priemyselných zariadeniach, používajú sa pri manipulácii s tekutou oceľou, nábytok pece, a dýzy a ložiská odolné voči opotrebovaniu, kde by štandardné kovy určite zaostali príliš skoro.
Ich ľahká povaha (hrúbka ~ 3.2 g/cm PÄŤ) Tiež sú príťažlivé pre letecký pohon a nadzvukové automobilové komponenty podliehajúce aerotermálnemu ohrevu.
4.2 Pokročilá výroba a multifunkčná integrácia
Nová štúdia sa sústreďuje na vývoj funkčne hodnoteného Si šesť N FOUR– SiC rámce, kde sa štruktúra priestorovo líši, aby sa zvýšila tepelná odolnosť, mechanické, alebo elektromagnetické obytné nehnuteľnosti v rámci jedného prvku.
Systémy krížencov vrátane CMC (kompozit s keramickou matricou) architektúry s vláknovou výstužou (napr., SiC_f/ SiC– Si päť N ₄) stlačiť hranice tolerancie poškodenia a napätia až do zlyhania.
Aditívna výroba týchto zlúčenín umožňuje tepelné výmenníky optimalizované pre topológiu, mikroreaktorov, a regeneračné klimatizačné kanály s vnútornými mriežkovými štruktúrami, ktoré nie je možné dosiahnuť opracovaním.
Okrem toho, ich základné dielektrické budovy a tepelná bezpečnosť z nich robia kandidátov na radarovo priehľadné ochranné kryty a anténne domáce okná na vysokorýchlostných platformách.
Ako rastú potreby produktov, ktoré spoľahlivo fungujú pri extrémnom termomechanickom zaťažení, Ak rúra N ₄– SiC zlúčeniny predstavujú kritický pokrok v keramickom inžinierstve, spojenie efektivity s funkčnosťou v jednom, trvalá platforma.
Na záver, nitrid kremíka– Kompozitná keramika z karbidu kremíka vykazuje silu materiálov už od návrhu, využitie výdrže 2 inovatívne porcelány na výrobu hybridného systému so schopnosťou rásť v najnáročnejších funkčných atmosférach.
Ich pokračujúci pokrok bude určite hrať hlavnú funkciu pred časom čistej energie, kozmonautika, a komerčné moderné technológie v 21. storočí.
5. Predajca
TRUNNANO je dodávateľom sférického volfrámového prášku s nad 12 roky skúseností v oblasti šetrenia energie v nanostavbách a vývoja nanotechnológií. Prijíma platby prostredníctvom kreditnej karty, T/T, West Union a Paypal. Trunnano doručí tovar zákazníkom do zámoria prostredníctvom FedEx, DHL, letecky, alebo po mori. Ak sa chcete dozvedieť viac o sférickom volfrámovom prášku, neváhajte nás kontaktovať a pošlite dopyt.
Tagy: Kompozitná keramika z nitridu kremíka a karbidu kremíka, Si3N4 a SiC, pokročilá keramika
Všetky články a obrázky sú z internetu. Ak existujú nejaké problémy s autorskými právami, kontaktujte nás včas na odstránenie.
Opýtajte sa nás