Med den hurtige udvikling af moderne industriel teknologi er formningsteknologien for keramiske matrixkompositter blevet et nøgleområde af global forskningsinteresse. Blandt talrige keramiske matrixkompositter har siliciumcarbid (SiC) tiltrukket sig vedvarende opmærksomhed gennem de seneste årtier på grund af dets fremragende mekaniske egenskaber, lave massefylde, korrosionsbestandighed, stærke oxidationsbestandighed, god kemisk og termisk stabilitet og enestående friktions- og slidydelse, hvilket gør det til et meget lovende nyt materiale. Dets applikationsscenarier dækker høj-mikrobølgeenheder i kommercielle og militære systemer, elektroniske enheder såsom LED'er og MOSFET'er, optiske enheder inden for bil- og rumfartsområder, mikro-elektromekaniske system (MEMS) sensorer til barske miljøer, gas- og kemiske sensorer til forbrændingsmotorer og ovne til forbrændingsmotorer og ovne til demonstration af fotoelektriske apparater, såvel udsigter.
Si-SiC Composites
SiC-SiC-kompositter fremstilles hovedsageligt ved reaktionssintring: SiC-pulver og grafitpulver blandes i et bestemt forhold og presses ind i et grønt legeme og infiltreres derefter med smeltet eller gasformigt silicium ved temperaturer over 1410 grader under vakuum, hvilket tillader Si at reagere med grafit og i sidste ende danner en tæt sammensat SiC{{2}baseret. Dette materiale arver ikke kun de fremragende egenskaber af SiC selv, men tilbyder også fordele såsom lav densitet, høj mekanisk styrke, fremragende termisk ledningsevne og ekstremt lav termisk udvidelseskoefficient sammen med enkel behandling, lav sintringstemperatur, kontrollerbare omkostninger og fleksibilitet til at kombinere med andre formningsprocesser. Som et resultat spiller det en nøglerolle på mange områder.
Men lav brudsejhed er en kritisk svaghed ved reaktions-bundne Si-SiC-kompositter, hvilket i høj grad begrænser deres anvendelse i mere krævende scenarier. For at imødegå denne ulempe anvender den nuværende forskning hovedsageligt to optimeringstilgange: Den ene er at reducere det frie Si-indhold inde i materialet gennem procesforbedring, hvilket forbedrer de mekaniske egenskaber ud fra et sammensætningskontrolperspektiv; den anden er at introducere en forstærkende fase i materialesystemet, der forbedrer brudsejheden gennem strukturel optimering, og derved lægge grundlaget for yderligere promovering af Si-SiC-kompositter.
SiC-SiCf Composites
SiC-SiCf-kompositter er de bedste blandt SiC--baserede keramiske kompositter, der kombinerer høj-temperaturmodstand, høj specifik styrke og højt specifikt modul, samtidig med at de udviser pseudoplastisk adfærd svarende til metaller og lav notch-følsomhed. De er efterhånden blevet det foretrukne materiale til vigtige-sektionskomponenter i fly-motorer og termiske strukturelle komponenter i supersoniske fly, der har en uerstattelig position i high-udstyr såsom rumfart. Disse kompositter besidder en kompleks multiskala hierarkisk struktur, som giver anledning til forskellige brudmekanismer i forskellige specifikke skalaer samt kryds-skalakoblede fejlkarakteristika, hvilket bringer både udfordringer og muligheder for præcis præstationskontrol.
Gennem-dybdegående forskning har videnskabsmænd med succes etableret, ud fra et makroskopisk mekanisk perspektiv, forholdet mellem indre bestanddeles egenskaber (såsom fibre, matrix og grænseflade) og den mekaniske opførsel af SiC-SiCf-kompositter, hvilket giver teoretisk støtte til optimering af materialeydeevne. Med hensyn til præparationsteknikker omfatter de nuværende mainstream-metoder prækursorinfiltration og pyrolyse (PIP), kemisk dampinfiltration (CVI)/kemisk dampaflejring (CVD), reaktiv smelteinfiltration (RMI), varmpresning (HP) osv. Heriblandt er CVI og PIP traditionelle og mest udbredte teknikker. CVI opnår fortætning gennem nedbrydning, polykondensation og aflejring af precursor gasformige forbindelser ved høj temperatur inde i et porøst medium, hvilket involverer nøgletrin såsom gasdiffusion, adsorption, overfladereaktion og gasdesorption; mens PIP er dygtigere til at fylde store porer inde i materialet.
I den faktiske produktion, i betragtning af begrænsningerne ved en enkelt proces, anvendes ofte en kombineret CVI/PIP-proces. Denne kombination integrerer fordelene ved kontinuerlig gas-faseaflejring af CVI med den høje effektivitet af væskefase-faseinfiltration af PIP, hvilket muliggør hurtig fortætning af SiC-SiCf-kompositter, hvilket effektivt forbedrer produktionseffektiviteten og materialeydeevnen, hvilket giver teknisk support til deres store-anvendelse i højskala-områder{5}.
Oversigt
Sammenfattende viser siliciumcarbidkeramik og deres to kernetyper af kompositter, hver med unikke ydeevnefordele, stor anvendelsesværdi på mange nøgleområder af moderne industri. Med kontinuerlig optimering af forberedelsesprocesser og uddybende ydeevneforskning er disse materialer nødt til at spille en vigtig rolle i mere avancerede-scenarier, der fremmer teknologisk opgradering og udvikling i relaterede industrier.