Mustăți de carbură de siliciu

Mustățile de carbură de siliciu sunt utilizate în mod obișnuit pentru a consolida și a întări compozitele metalice, ceramice și polimerice, asigurând creșterea rezistenței la rupere, a rezistenței la flexiune, a rezistenței la oxidare și a proprietăților de rezistență la rupere ale compozitelor lor.

Dispersiile de SiCw au fost evaluate cu ajutorul unui Malvern Nano ZS90 pentru a analiza potențialul Zeta al suprafeței lor, în conformitate cu principiile structurii cu dublu strat electric Stern (Greenwood 2003). Conform acestui principiu, valorile mai mari indică o eficacitate mai mare de dispersie.

Putere

Mustățile de carbură de siliciu pot fi un instrument eficient în consolidarea materialelor compozite pe bază de polimeri. Aceste particule sub formă de fibre au numeroase utilizări industriale și au două forme cristaline - a-SiC (structură hexagonală și romboedrică) și b-SiC (structură cubică cu fețe centrate). Realizabilitatea cu șuvițele A-SiC este simplă, dar limitată din cauza fragilității; în comparație cu această formă, șuvițele b-SiC necesită o chimie complexă, precum și un proces de sinteză cu echipamente mai costisitoare, dar se mândresc cu o rezistență la rupere mai mare în comparație cu omologii lor.

Cercetătorii care lucrează pentru a dezvolta compozite de înaltă performanță pe bază de polimeri s-au concentrat asupra materialelor de umplutură care îmbunătățesc rezistența la abraziune a polimerilor, ca parte a unui efort mai amplu de a crește performanța mecanică, reducând în același timp costurile; materialele polimerice oferă, de obicei, rezistențe mai mici la tracțiune și la impact în comparație cu omologii metalici sau ceramici, dar sunt mult mai ieftine de produs.

Materiile de umplutură utilizate pentru a modifica PA6 au demonstrat o rezistență limitată la abraziune. Compozitele din nailon care conțin fibre de sticlă au demonstrat rezultate mai slabe, în timp ce cele care conțin materiale refractare anorganice, cum ar fi disulfura de molibden, au avut o rezistență la tracțiune mai slabă decât celelalte.

Acest studiu a utilizat compozite pe bază de PA6 care conțin diferite concentrații de mustăți b-SiC. Adăugarea acestora a îmbunătățit semnificativ rezistența la flexiune, rezistența la rupere și rezistența la forfecare interlaminară; adăugarea lor a contribuit, de asemenea, la creșterea rezistenței datorită formării de punți între mustăți; acest proces transferă tensiunea de la polimerii moi, cum ar fi PA6, către mustăți de SiC mai dure, care transferă apoi tensiunea de la acestea și în schimb către ele.

Microscopia electronică a fost utilizată pentru a examina atât morfologia, cât și microstructura mustăților de b-SiC. În comparație cu omoloagele a-SiC, mustățile b-SiC au prezentat regiuni cu densitate scăzută de defecte, precum și regiuni cu densitate scăzută de defecte plane; în plus, acestea au prezentat o dimensiune mai mare a grăuntelui de cristal în comparație cu omoloagele lor a-SiC.

Mustăți realizate din b-SiC au fost dispersate cu succes în compozite pe bază de PA6 folosind o valoare adecvată a pH-ului, crescând semnificativ rezistența la flexiune, rezistența la tracțiune, lucrul la rupere, rezistența și tenacitatea acestor compozite. Procesele de punte și de smulgere au jucat un rol semnificativ în îmbunătățirea tenacității, crescând în același timp rezistența la flexiune, deoarece au necesitat o energie mai mare pentru a se rupe decât metodele fără punte.

Rezistență

Mustățile de carbură de siliciu pot fi utilizate pentru a consolida și a întări ceramica, metalele și compozitele polimerice. Proprietățile lor variază de la rezistență ridicată, duritate și tenacitate până la o inerție chimică și rezistență la coroziune excelente - precum și o conductivitate electrică scăzută - ceea ce le face perfecte pentru a fi utilizate într-o gamă largă de materiale ceramice, metalice și polimerice. Veți găsi cu siguranță o dimensiune perfect potrivită pentru a vă satisface nevoile specifice!

Aceste materiale sunt deosebit de potrivite pentru aplicațiile care necesită o performanță rapidă, cum ar fi ingineria aerospațială și uneltele de tăiere. Durabilitatea lor le face potrivite pentru procesele de șlefuire, lustruire sau tăiere mecanică și pot fi chiar combinate cu alte materiale pentru a crește performanța - de exemplu, împreună cu carbonitrură de titan (TiCxNy) pentru a crește duritatea și inerția chimică a compozitelor ceramice.

Ca atare, acestea pot fi utilizate în ingineria aerospațială pentru a proiecta aeronave mai ușoare și mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil, materiale compozite mai rezistente care să suporte niveluri mai ridicate de stres, precum și unelte de tăiere cu un nivel de precizie necesar, cum ar fi burghie sau polizoare.

Compozitele ceramice armate cu mustăți grosiere de carbură de siliciu au demonstrat o rezistență îmbunătățită în timpul testelor de tracțiune. Încâlcirea mustăților a crescut semnificativ consumul de energie la rupere - un indicator al durității. În plus, încorporarea de mustăți a îmbunătățit momentul c de discontinuitate - o caracteristică esențială pentru ceramică.

Mustățile grosiere de carbură de siliciu pot fi un adaos eficient la compozitele cu matrice ceramică, dar morfologia lor poate avea un impact negativ asupra rezistenței. Prin urmare, încorporarea lor necesită un proces care să le reducă dimensiunea, precum și conținutul de siliciu liber, pentru o încorporare reușită în matrici ceramice.

O modalitate de a atinge acest obiectiv este prin măcinarea cu bile cu energie redusă. Această tehnică reduce dimensiunea mustăților, mărind în același timp suprafața. În plus, în producția de materiale compozite pot fi incluse procente volumice mai mari de mustăți pentru o mai bună rezistență la rupere decât atunci când sunt fabricate fără mustăți grosiere.

Durabilitate

Carbura de siliciu este un material extrem de durabil, utilizat pentru întărirea ceramicii, a metalelor și a compozitelor polimerice. Datorită proprietăților sale de rezistență ridicată, duritate, inerție chimică și rezistență la temperatură, carbura de siliciu servește ca material de ranforsare excelent în multe aplicații diferite; aplicațiile de ranforsare a ceramicii beneficiază adesea de un mare beneficiu, deoarece rezistența la oxidare, rezistența la uzură și stabilitatea termică cresc ca urmare a utilizării acestui material de ranforsare.

Mustățile de carbură de siliciu reprezintă o modalitate ideală de a spori rezistența compozitelor pe bază de polimeri cu rigiditate și modul de tracțiune ridicate, în special a celor care prezintă o rigiditate crescută sau un raport rigiditate-modul de tracțiune. În plus, ele cresc alungirea la rupere și rezistența la rupere a acestor compozite, contribuind în același timp la reducerea coeficienților de frecare, ceea ce le face un material de armare neprețuit în aplicații de mare viteză, cum ar fi componentele aerospațiale sau auto.

Mustățile de carbură de siliciu sunt fibre lungi și subțiri, cu diametre cuprinse între nanometri și micrometri, care prezintă o structură monocristalină cu puține impurități chimice și fără limite de granulație, un punct de topire ridicat, o densitate scăzută și o rezistență excelentă la coroziune și oboseală. Se poate utiliza armarea cu alte materiale pentru a îmbunătăți performanța; proprietățile sale mecanice excelente fac din ea un agent excelent de întărire și de întărire pentru ceramică structurală avansată, cum ar fi uneltele de tăiere din ceramică de alumină.

Adăugarea de șuvițe de SiC la alumină crește rezistența la tracțiune și la flexiune, fără a avea un impact semnificativ asupra performanțelor de fluaj la temperaturi ridicate. Mai mult, adăugarea acestor mustăți a crescut de trei ori rezistența la flexiune la temperatura camerei, comparativ cu cea de dinaintea adăugării lor.

Mustățile de SiC adaugă avantaje mecanice semnificative la compozitele cu matrice de alumină, conform lui Shi et al. Încorporarea mustăților a crescut atât rezistența la tracțiune, cât și rezistența la flexiune cu 37,6% și, respectiv, 37,9%.

Dar este esențial să se selecteze un număr adecvat de mustăți pentru fiecare aplicație, deoarece un număr prea mare de mustăți va scădea rezistența la tracțiune și la flexiune a materialului compozit și poate duce la concentrații de tensiuni care să conducă la propagarea fisurilor.

Carbura de siliciu (SiC) este un compus chimic solid format din siliciu și carbon, care apare în mod natural sub formă de moissanit; cu toate acestea, producția pe scară largă sub formă de pulbere și cristal pentru utilizări industriale creează, de asemenea, cantități mari de SiC pentru materiale abrazive, unelte de tăiere, plăci ceramice pentru veste antiglonț, precum și ceramică foarte dură utilizată în frânele și ambreiajele automobilelor. Materialul dur, gri-negru al SiC, cu puncte de topire și de fierbere ridicate, are multe utilizări, inclusiv plăci ceramice pentru veste antiglonț ca abrazivi; unelte de tăiere, precum și pentru a fi utilizate ca plăci ceramice pentru veste antiglonț din SiC. Tehnicile de sinterizare creează ceramică foarte dură, utilizată pe scară largă în frânele și ambreiajele automobilelor, realizată din SiC lipite între ele prin lipire pentru a forma ceramică utilizată pe scară largă în cadrul sistemelor de frânare și ambreiaj ale automobilelor.

Ușor

Matricea ceramică umplută cu mustăți de carbură de siliciu este ușoară și oferă o rezistență superioară la tracțiune, ceea ce o face potrivită pentru aplicații care necesită viteze mari, cum ar fi fabricarea plăcilor de veste antiglonț. Ceramica de alumină o poate folosi pentru a preveni fisurarea în timpul prelucrării, în timp ce sticla o poate folosi pentru a consolida stabilitatea termică sau chiar poate fi adăugată în compuși compoziți metal/ceramică pentru o stabilitate termică sporită.

Pentru a obține aceste proprietăți, este esențial ca mustățile să fie prelucrate și manipulate în mod corespunzător, inclusiv prin evitarea contaminării și manipularea lor cu grijă. În mod ideal, ar trebui să fie depozitate într-un recipient etanș pentru a reduce expunerea la aer; în caz contrar, aerul le va determina să se aglomereze, ceea ce va avea un impact negativ asupra performanței de dispersie și a efectului de utilizare. Se recomandă, de asemenea, păstrarea la distanță de lumina soarelui pentru condiții optime de depozitare.

Sinteza mustăților de carbură de siliciu necesită mai multe etape și implică selectarea cu atenție atât a unui șablon de sacrificiu, cât și a condițiilor de reacție. Variația temperaturii și a duratei în timpul proceselor de reducere carbotermică poate modifica morfologia și structura acestora sau poate fi adaptată pentru un rezultat specific raportului de aspect.

Silicea mezoporoasă poate fi, de asemenea, utilizată ca șablon pentru a forma mustăți de carbură de siliciu prin reducere carbotermică la temperaturi mai ridicate (1300 grade C) pentru o perioadă mai lungă de timp. Astfel se obțin morfologii și rapoarte de aspect mai uniforme.

Tehnologia brevetată oferă o metodă de producere a mustăților de carbură de siliciu cu un raport de aspect și un conținut granular controlat, producând mustățile cu un diametru mediu de 0,2 până la 1,0 mm, un raport de aspect între 20-200 și un conținut granular sub 7%. În plus, aceste mustăți conțin procente scăzute de alte metale grele, cum ar fi nichel (50 ppm). Acest proces oferă o alternativă economică, sigură și ecologică la materialele ceramice tradiționale.