Solution technique pour améliorer la ténacité et la densité des céramiques en carbure de bore
Actuellement, la principale méthode pour améliorer la ténacité des céramiques au carbure de bore consiste à optimiser la composition du matériau, notamment en augmentant la trempe des fibres/barbillons et la trempe des particules de seconde phase. Cette trempe est obtenue par l'ajout de phases métalliques, de borures de métaux de transition, de graphène, de nanoparticules, de composés de terres rares, etc., et par la modification de la structure cristalline interne de la céramique, notamment en contrôlant sa microstructure, en réduisant la granulométrie, en augmentant sa densité et en formant une structure stratifiée.
La première solution consiste à renforcer les céramiques en carbure de bore par ajout de fibres de carbone. L'effet de renforcement est maximal lorsque le volume de fibres de carbone atteint 10 %. La ténacité à la rupture du matériau composite CF/B4C est augmentée de 12 %, atteignant 4,29 MPa·m.1/2.
La deuxième solution consiste à ajouter des whiskers de carbure de silicium aux céramiques composites B4C Si. On a constaté que la ténacité des céramiques au carbure de bore était améliorée. L'effet optimal a été obtenu avec une quantité ajoutée de 10 %, et la ténacité à la rupture a augmenté de 35 %, atteignant 5,77 MPa·m.1/2.
La troisième option consiste à utiliser un réactif à base d'éthanol anhydre. Après désoxygénation, la granulométrie des cristaux de céramique B4C est réduite. Après désoxygénation de la poudre de bore à 15 % en poids, l'échantillon est pressé à chaud et fritté à 2100 °C. La ténacité à la rupture de l'échantillon obtenu est augmentée de 13 % par rapport à la valeur avant désoxygénation, atteignant 3,93 MPa·m.1/2.
La quatrième option consiste à introduire du Ti3SiC2 dans le B4C pour fabriquer des matériaux composites. Plus la teneur en Ti3SiC2 augmente, plus la ténacité du B4C augmente. Lorsque la teneur en i3SiC2 atteint 25-30 %, la ténacité du matériau composite atteint 6,54 MPa·m.1/2.
Grâce aux quatre méthodes ci-dessus, les chercheurs et les techniciens ont amélioré la ténacité des céramiques en carbure de bore et préparé des céramiques en carbure de bore avec une densité de produit de 2,52 g/cm3 grâce à un processus de frittage sans pression.