炭化ホウ素セラミックスの靭性を高め、密度を向上させる技術ソリューション

2024-10-24

現在、炭化ホウ素セラミックスの靭性を高める主な方法は、繊維/ウィスカー強化や第2相粒子強化など、材料組成を最適化することです。第2相粒子強化は、金属相、遷移金属ホウ化物、グラフェン、ナノ粒子、希土類化合物などを添加し、セラミックスの微細構造を制御し、粒子の粒径を縮小し、セラミックスの密度を高め、セラミックスの層状構造を形成するなど、セラミックスの内部結晶構造を変更することで実現されます。

最初の解決策は、技術者が炭素繊維を追加して炭化ホウ素セラミックを強化することです。強化効果は、炭素繊維の量が10％に達したときに最も顕著になります。CF / B4C複合材料の破壊靭性は12％増加し、4.29 MPa·mに達します。^1/2。

2番目の解決策は、B4C Si複合セラミックに炭化ケイ素ウィスカーを添加することであり、炭化ホウ素セラミックの靭性が向上することがわかった。添加量が10％のときに最良の効果が得られ、破壊靭性は35％増加して5.77 MPa・mに達した。^1/2。

3番目の選択肢は、無水エタノール試薬を使用し、脱酸素処理後、B4Cセラミック結晶の粒子サイズを縮小することです。15wt％ホウ素粉末を脱酸素した後、サンプルをホットプレスして2100℃で焼結すると、得られたサンプルの破壊靭性は脱酸素前と比較して13％増加し、3.93MPa·mに達します。^1/2。

4番目の選択肢は、Ti3SiC2をB4Cに導入して複合材料を作ることです。Ti3SiC2の含有量が増えると、B4Cの靭性も増加します。Ti3SiC2の含有量が25〜30％に達すると、複合材料の靭性は6.54 MPa·mに達します。^1/2。

上記の4つの方法により、研究者と技術者は炭化ホウ素セラミックスの靭性を向上させ、無加圧焼結プロセスにより製品密度2.52g/cm3の炭化ホウ素セラミックスを製造しました。