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新材料!俄罗斯开发出提升碳化硅断裂韧性的方法

2020/09/14 作者:智造文记 来源:空天防务观察 点击:

  摘要:来自俄罗斯国立科技大学(NUST MISIS)的科学家发现了一种将碳化硅(一种用于生产耐火零部件最具潜力的航空结构材

据英国机体制造商网站2020年8月19日报道,来自俄罗斯国立科技大学(NUST MISIS)的科学家发现了一种将碳化硅(一种用于生产耐火零部件最具潜力的航空结构材料)的断裂韧性提高1.5倍的方法——通过在结构中形成了增强纳米纤维获得这一成果。未来,该技术将扩大碳化硅作为结构和耐火材料的应用范围,包括用于飞机制造。有关这项研究的相关成果目前已经发表在了英国《国际陶瓷》和瑞士《材料》期刊中。

新材料!俄罗斯开发出提升碳化硅断裂韧性的方法

新材料!俄罗斯开发出提升碳化硅断裂韧性的方法

本条动向所述成果在英国《国际陶瓷》期刊2020年4月15日版和瑞士《材料》期刊2020年7月版均发表了论文截至2019年,全球碳化硅市场估计为25.8亿美元,预计每年增长将16%。碳化硅在自然界中基本不存在,因此需要通过人工合成的方式得到。目前,碳化硅在各个行业中越来越多地用作半导体材料、建筑材料、磨料和耐火材料。例如,碳化硅用于制造内燃机的涡轮叶片和零部件,将大大提高发动机的工作温度并显著提高功率、牵引功率、能源效率、环保性等关键性能。此外,由低成本的长石和石英砂制成的碳化硅陶瓷,可以成功替代汽车工业中经常使用的含钴、镍和铬等稀有元素的合金零部件。

新材料!俄罗斯开发出提升碳化硅断裂韧性的方法

碳化硅用于制造涡轮叶片和内燃机零部件(俄罗斯国立科技大学图片)碳化硅陶瓷的关键问题是在压缩状态下性能良好,但对于结构缺陷非常敏感,因此通常具有较低的拉伸强度和弯曲强度,抗裂性能较差。来自俄罗斯国立科技大学的科学家们找到了一种方法,通过使用自蔓延高温合成技术在碳化硅陶瓷中形成增强纳米纤维,显著提高了碳化硅陶瓷的烧结能力并提高其抗弯强度和断裂韧性。合成分几个阶段进行。首先,将硅、碳、钽和聚四氟乙烯粉末在行星式研磨机中混合,然后将所得混合物在反应器中燃烧。纳米纤维在燃烧过程中形成。最后,将成品在真空炉中进行烧结。由于钽和聚四氟乙烯的共同作用,因此合成得到了一种碳化硅纳米纤维增强的碳化硅基体材料。纳米纤维阻止了断裂扩展,激活了陶瓷烧结,并提高了烧结材料强度特性。 纳米纤维的存在将碳化硅成品所需的烧结温度和持续时间从1800~2000℃的数小时,降低到1450℃,60分钟。

新材料!俄罗斯开发出提升碳化硅断裂韧性的方法

本文所述方法中的工艺说明图(俄罗斯国立科技大学图片)研究人员计划继续致力于提高碳化硅的断裂韧性和强度。良好的机械特性和生产过程中成本效益相结合,将继续扩大碳化硅作为结构和耐火材料的应用范围。

本条动向的提供者陈济桁先生已为《空天防务观察》提供7篇专栏文章,如下所列:第1篇,日本东丽公司推出新一代碳纤维预浸料产品,拉伸强度和抗冲击性能又提升30%,2017年6月2日;第2篇,复合材料助力贝尔V-280“英勇”倾转旋翼机发展,2017年9月22日;第3篇,日本东丽实施并购强化碳纤维复合材料竞争优势,2018年8月27日;第4篇,日本帝人公司开发新型耐热抗冲击预浸料,2019年4月1日;第5篇,美国能源部“利用高性能计算促进能源创新”战略计划解析,2019年5月17日;第6篇,稀土回收再利用!英国推出稀土金属回收试点项目,2019年9月17日;第7篇,美空军实验室科学家发现独特的可拉伸导体,2019年10月30日。(中国航空工业发展研究中心  陈济桁)

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