붕소탄화물 세라믹의 인성 강화 및 밀도 향상을 위한 기술적 솔루션

현재, 붕소 카바이드 세라믹의 인성을 향상시키는 주요 방법은 섬유/위스커 강화 및 2차상 입자 강화를 증가시키는 것과 같이 재료 구성을 최적화하는 것입니다. 2차상 입자 강화는 금속상, 전이 금속 붕화물, 그래핀, 나노입자, 희토류 화합물 등을 추가하고 세라믹의 내부 결정 구조를 변경하여 달성됩니다. 예를 들어 세라믹의 미세 구조를 제어하고, 입자 크기를 줄이고, 세라믹의 밀도를 높이고, 세라믹의 층상 구조를 형성합니다.

첫 번째 해결책은 기술자들이 탄소섬유를 첨가하여 탄화붕소 세라믹을 강화하는 것입니다. 강화 효과는 탄소섬유의 양이 10%에 도달할 때 가장 현저합니다. CF/B4C 복합재의 파괴인성은 12% 증가하여 4.29MPa·m에 도달합니다.^1/2.

두 번째 해결책은 B4C Si 복합 세라믹에 실리콘 카바이드 위스커를 첨가한 것으로, 보론 카바이드 세라믹의 인성이 향상된 것으로 나타났습니다. 첨가량이 10%일 때 가장 좋은 효과를 얻었으며, 파괴인성이 35% 증가하여 5.77MPa·m에 도달했습니다.^1/2.

세 번째 옵션은 무수 에탄올 시약을 사용하고, 탈산소 처리 후 B4C 세라믹 결정의 입자 크기를 줄이는 것입니다. 15wt% 붕소 분말을 탈산소한 후, 샘플을 열간 프레스하고 2100℃에서 소결하고, 얻은 샘플의 파괴 인성은 탈산소 전에 비해 13% 증가하여 3.93MPa·m에 도달합니다.^1/2.

네 번째 옵션은 B4C에 Ti3SiC2를 도입하여 복합 재료를 만드는 것입니다. Ti3SiC2의 함량이 증가함에 따라 B4C의 인성도 증가합니다. i3SiC2의 함량이 25-30%에 도달하면 복합 재료의 인성은 6.54MPa·m에 도달합니다.^1/2.

위의 네 가지 방법을 통해 연구진과 기술자들은 보론 카바이드 세라믹스의 인성을 향상시켰으며, 무압력 소결 공정을 통해 제품 밀도가 2.52g/cm3인 보론 카바이드 세라믹스를 제조했다.