Soluzione tecnica per migliorare la tenacità e la densità della ceramica al carburo di boro
Attualmente, il metodo principale per migliorare la tenacità delle ceramiche al carburo di boro è l'ottimizzazione della composizione del materiale, ad esempio aumentando la tenacità delle fibre/baffi e la tenacità delle particelle di seconda fase. La tenacità delle particelle di seconda fase si ottiene aggiungendo fasi metalliche, boruri di metalli di transizione, grafene, nanoparticelle, composti di terre rare, ecc. e modificando la struttura cristallina interna delle ceramiche, ad esempio controllandone la microstruttura, riducendo la dimensione delle particelle dei grani, aumentando la densità delle ceramiche e formando una struttura a strati.
La prima soluzione prevede che i tecnici temprino la ceramica al carburo di boro aggiungendo fibre di carbonio. L'effetto di tempra è più significativo quando il volume delle fibre di carbonio raggiunge il 10%. La tenacità alla frattura del materiale composito CF/B4C aumenta del 12%, raggiungendo 4,29 MPa · m.1/2.
La seconda soluzione consiste nell'aggiungere whiskers di carburo di silicio ai compositi ceramici B4C Si, e si è riscontrato che la tenacità dei compositi ceramici in carburo di boro è stata migliorata. L'effetto migliore è stato ottenuto con una quantità aggiunta del 10%, e la tenacità alla frattura è aumentata del 35%, raggiungendo 5,77 MPa · m.1/2.
La terza opzione consiste nell'utilizzare il reagente etanolo anidro e, dopo il trattamento di deossigenazione, ridurre la granulometria dei cristalli ceramici B4C. Dopo la deossigenazione del 15% in peso di polvere di boro, il campione viene pressato a caldo e sinterizzato a 2100 °C, e la tenacità alla frattura del campione ottenuto aumenta del 13% rispetto a prima della deossigenazione, raggiungendo 3,93 MPa · m.1/2.
La quarta opzione è quella di introdurre Ti3SiC2 nel B4C per realizzare materiali compositi. All'aumentare del contenuto di Ti3SiC2, aumenta anche la tenacità del B4C. Quando il contenuto di i3SiC2 raggiunge il 25-30%, la tenacità del materiale composito raggiunge 6,54 MPa · m.1/2.
Grazie ai quattro metodi sopra menzionati, ricercatori e tecnici hanno migliorato la tenacità della ceramica al carburo di boro e hanno preparato ceramiche al carburo di boro con una densità di prodotto pari a 2,52 g/cm3 mediante un processo di sinterizzazione senza pressione.