Viške silicijevega karbida se pogosto uporabljajo za krepitev in utrjevanje kovinskih, keramičnih in polimernih kompozitov, saj zagotavljajo večjo lomno trdnost, upogibno trdnost, odpornost na oksidacijo in lomno žilavost njihovih kompozitov.
Disperzije SiCw so bile ocenjene z napravo Malvern Nano ZS90 za analizo njihovega površinskega Zeta potenciala v skladu s Sternovimi načeli strukture dvojne električne plasti (Greenwood 2003). Po tem načelu višje vrednosti kažejo na večjo disperzijsko učinkovitost.
Moč
Silicijevi karbidni whiskerji so lahko učinkovito orodje za krepitev kompozitnih materialov na osnovi polimerov. Ti vlaknom podobni delci se pogosto uporabljajo v industriji in imajo dve kristalni obliki - a-SiC (heksagonalna in romboedrična struktura) in b-SiC (čelno centrirana kubična struktura). Dosegljivost z metlicami A-SiC je preprosta, vendar omejena zaradi krhkosti; v primerjavi s to obliko zahtevajo metlice b-SiC zapleteno kemijo in dražjo opremo za sintezo, vendar se v primerjavi z njimi ponašajo z večjo lomno trdnostjo.
Raziskovalci, ki si prizadevajo za razvoj visoko zmogljivih kompozitov na osnovi polimerov, so se osredotočili na polnila, ki izboljšujejo odpornost polimerov proti obrabi, kar je del širših prizadevanj za povečanje mehanskih lastnosti ob hkratnem zmanjšanju stroškov; polimerni materiali imajo običajno manjšo natezno in udarno trdnost v primerjavi s kovinskimi ali keramičnimi primerki, vendar je njihova proizvodnja veliko cenejša.
Polnila, ki se uporabljajo za modifikacijo PA6, so pokazala omejeno odpornost proti obrabi. Najlonski kompoziti, ki vsebujejo steklena vlakna, so pokazali slabše rezultate, medtem ko so kompoziti, ki vsebujejo anorganske ognjevzdržne materiale, kot je molibdenov disulfid, imeli slabšo natezno trdnost kot drugi.
V tej študiji so bili uporabljeni kompoziti na osnovi PA6, ki so vsebovali različne koncentracije whiskerjev b-SiC. Njihov dodatek je znatno izboljšal upogibno trdnost, lomno delo in medlaminarno strižno trdnost; njihov dodatek je prispeval tudi k večji žilavosti zaradi premostitve whiskerjev; ta proces prenaša napetost iz mehkih polimerov, kot je PA6, na trše whiskerje SiC, ki nato prenašajo napetost od njih in namesto tega proti njim.
Z elektronskim mikroskopom smo preučili morfologijo in mikrostrukturo metlic b-SiC. V primerjavi s podobnimi a-SiC metlicami so bile v b-SiC metlicah regije z majhno gostoto napak in regije z majhno ploskovno gostoto napak; poleg tega so imele v primerjavi z a-SiC metlicami večjo velikost kristalnih zrn.
Metlice iz b-SiC so bile uspešno dispergirane v kompozitih na osnovi PA6 z uporabo ustrezne vrednosti pH, kar je znatno povečalo upogibno trdnost, natezno trdnost, lomno delo, žilavost in žilavost teh kompozitov. Procesi premostitve in izvleka so imeli pomembno vlogo pri izboljšanju žilavosti ob povečanju upogibne trdnosti, saj so zahtevali večjo energijo za prelom kot metode brez premostitve.
Trdnost
Viške silicijevega karbida se lahko uporabljajo za krepitev in utrjevanje keramike, kovin in polimernih kompozitov. Njihove lastnosti segajo od visoke trdnosti, trdote in žilavosti do odlične kemične inertnosti in odpornosti proti koroziji ter nizke električne prevodnosti, zato so odlični za uporabo v različnih keramičnih, kovinskih in polimernih materialih. Zagotovo boste našli eno velikost, ki bo popolnoma ustrezala vašim specifičnim potrebam!
Ti materiali so še posebej primerni za aplikacije, ki zahtevajo hitro delovanje, kot so letalska in vesoljska tehnika ter rezalna orodja. Zaradi svoje trpežnosti so primerni za postopke brušenja, poliranja ali strojnega rezanja, lahko pa jih celo kombiniramo z drugimi materiali za povečanje zmogljivosti - na primer v kombinaciji s titanovim karbonitridom (TiCxNy) za povečanje trdote in kemične inertnosti keramičnih kompozitov.
Tako jih je mogoče uporabiti v letalskem in vesoljskem inženirstvu za oblikovanje lažjih in varčnejših letal, močnejših kompozitnih materialov, ki prenesejo večje obremenitve, ter rezalnih orodij z zahtevano stopnjo natančnosti, kot so vrtalniki ali brusilniki.
Keramični kompoziti, ojačani z grobimi metlicami silicijevega karbida, so med nateznim testiranjem pokazali izboljšano žilavost. Zapletanje metlic je znatno povečalo porabo energije pri okvari - kazalnik žilavosti. Poleg tega je vključitev metlic izboljšala njihov c-moment neprekinjenosti, kar je bistvena lastnost keramike.
Grobe silicijeve karbidne metlice so lahko učinkovit dodatek kompozitom s keramično matrico, vendar lahko njihova morfologija negativno vpliva na njihovo žilavost. Zato je za njihovo vključitev potreben postopek, ki zmanjša njihovo velikost in vsebnost prostega silicijevega dioksida, da se uspešno vključijo v keramične matrice.
Eden od načinov za dosego tega cilja je nizkoenergijsko kroglično mletje. Ta tehnika zmanjša velikost metlic in hkrati poveča površino. Poleg tega se lahko pri proizvodnji kompozitnih materialov vključijo večji volumski odstotki whiskerjev, da se izboljša lomna žilavost, kot če se proizvajajo brez grobih whiskerjev.
Trajnost
Silicijev karbid je izredno trpežen material, ki se uporablja za utrjevanje keramike, kovin in polimernih kompozitov. Zaradi visoke trdnosti, trdote, kemične inertnosti in temperaturne odpornosti je silicijev karbid odličen material za ojačitev v številnih različnih aplikacijah; aplikacije za ojačitev keramike imajo pogosto velike koristi, saj se zaradi uporabe tega materiala za ojačitev poveča njihova odpornost proti oksidaciji, odpornost proti obrabi in toplotna stabilnost.
Viške silicijevega karbida so idealen način za povečanje trdnosti kompozitov na osnovi polimerov z visoko togostjo in nateznim modulom, zlasti tistih s povečano togostjo ali razmerjem med togostjo in nateznim modulom. Poleg tega povečajo natezni raztezek pri pretrgu in ocene lomne žilavosti teh kompozitov, hkrati pa pomagajo zmanjšati koeficiente trenja; zato so neprecenljiv material za ojačitev pri hitrih aplikacijah, kot so letalske ali avtomobilske komponente.
Silicijev karbidni whiskerji so dolga, tanka vlakna s premerom od nanometra do mikrometra, ki imajo monokristalno strukturo z malo kemičnimi nečistočami in brez meja zrn, visoko tališče, nizko gostoto ter odlično odpornost proti koroziji in utrujanju. Za izboljšanje učinkovitosti se lahko uporabljajo za ojačitev z drugimi materiali; zaradi svojih odličnih mehanskih lastnosti so odlično sredstvo za ojačitev in utrjevanje napredne strukturne keramike, kot so rezalna orodja iz keramike iz aluminijevega oksida.
Dodajanje SiC-ovih metlic aluminijevemu oksidu poveča njegovo natezno in upogibno trdnost, hkrati pa ne vpliva bistveno na lastnosti pri visokotemperaturnem lezenju. Poleg tega je dodajanje teh metlic povečalo upogibno trdnost pri sobni temperaturi za trikrat v primerjavi s trdnostjo pred dodajanjem.
Po podatkih Shi et al. so whiskerji SiC kompozitom na osnovi aluminijeve matrice dodali pomembne mehanske prednosti. Vključitev whiskerjev je povečala natezno in upogibno trdnost za 37,6% oziroma 37,9%.
Vendar pa je za vsako uporabo ključnega pomena izbrati ustrezno število metlic, saj preveliko število metlic zmanjša natezno in upogibno trdnost kompozitnega materiala in lahko povzroči koncentracijo napetosti, ki vodi do širjenja razpok.
Silicijev karbid (SiC) je trdna kemična spojina iz silicija in ogljika, ki se v naravi pojavlja kot dragulj moissanit; vendar se pri obsežni proizvodnji prahu in kristalov za industrijsko uporabo proizvajajo tudi velike količine SiC za abrazive, rezalna orodja, keramične plošče za neprebojne jopiče ter zelo trdo keramiko, ki se uporablja v avtomobilskih zavorah in sklopkah. Trd, sivo-črn material SiC z visokim tališčem in vreliščem ima številne uporabe, vključno s keramičnimi ploščami za neprebojne jopiče kot abrazivi, rezalnimi orodji in keramičnimi ploščami za neprebojne jopiče, izdelanimi iz SiC. Tehnike sintranja ustvarjajo zelo trdo keramiko, ki se pogosto uporablja v avtomobilskih zavorah in sklopkah, izdelanih iz SiC, ki se s spajanjem povezujejo v keramiko, ki se pogosto uporablja v avtomobilskih zavorah in sklopkah.
Lahka stran
Keramična matrica, napolnjena z vlakni iz silicijevega karbida, je lahka in ima izjemno natezno trdnost, zato je primerna za aplikacije, ki zahtevajo visoke hitrosti, kot je izdelava plošč za neprebojne jopiče. V keramiki iz aluminijevega oksida se lahko uporablja za preprečevanje razpok med strojno obdelavo, v steklu pa za krepitev toplotne stabilnosti ali celo za dodajanje v kompozitne kovinsko-keramične spojine za večjo temperaturno stabilnost.
Za doseganje teh lastnosti je ključnega pomena, da se whiskerji ustrezno obdelujejo in obdelujejo, vključno z izogibanjem kontaminaciji in previdnim ravnanjem z njimi. Najbolje je, da se shranjujejo v nepredušni posodi, da se zmanjša izpostavljenost zraku; v nasprotnem primeru bo zrak povzročil njihovo aglomeracijo, kar bo negativno vplivalo na njihovo disperzijsko zmogljivost in učinek uporabe. Za optimalne pogoje shranjevanja je priporočljivo tudi varovanje pred sončno svetlobo.
Sinteza silicijevega karbida zahteva več korakov in vključuje skrbno izbiro žrtvene predloge in reakcijskih pogojev. Spreminjanje temperature in trajanja med karbotermičnimi redukcijskimi postopki lahko spremeni njihovo morfologijo in strukturo ali pa se prilagodi za rezultat, specifičen za razmerje stranic.
Mezoporozni silicijev dioksid se lahko uporablja tudi kot predlogo za tvorbo silicijevega karbida s karbotermalno redukcijo pri višjih temperaturah (1300 stopinj C) za daljši čas. Tako se dosežejo bolj enotne morfologije in aspektna razmerja.
Patentirana tehnologija zagotavlja metodo za proizvodnjo metlic iz silicijevega karbida z nadzorovanim razmerjem stranic in vsebnostjo zrnc, pri čemer se proizvedejo metlice s povprečnim premerom od 0,2 do 1,0 mm, razmerjem stranic med 20-200 in vsebnostjo zrnc pod 7%. Poleg tega ti whiskerji vsebujejo nizke odstotke drugih težkih kovin, kot je nikelj (50ppm). Ta postopek ponuja ekonomično, varno in okolju prijazno alternativo tradicionalnim keramičnim materialom.