탄화붕소 세라믹의 인성 향상 및 밀도 개선을 위한 기술 솔루션

현재 탄화붕소 세라믹의 인성을 향상시키는 주된 방법은 섬유/위스커 강화 및 이차상 입자 강화와 같은 재료 조성 최적화입니다. 이차상 입자 강화는 금속상, 전이 금속 붕화물, 그래핀, 나노입자, 희토류 화합물 등을 첨가하거나 세라믹의 내부 결정 구조를 변화시킴으로써 달성됩니다. 예를 들어 세라믹의 미세 구조를 제어하고, 입자 크기를 줄이며, 밀도를 높이고, 층상 구조를 형성하는 것 등이 있습니다.

첫 번째 해결책은 기술자들이 탄소 섬유를 첨가하여 탄화붕소 세라믹의 강도를 향상시키는 것입니다. 탄소 섬유의 함량이 10%에 도달했을 때 강도 향상 효과가 가장 두드러집니다. CF/B4C 복합재료의 파괴 ​​인성은 12% 증가하여 4.29 MPa·m에 이릅니다.^1/2.

두 번째 방법은 B4C Si 복합 세라믹에 탄화규소 위스커를 첨가하는 것으로, 이를 통해 탄화붕소 세라믹의 인성이 향상되는 것을 확인했습니다. 첨가량이 10%일 때 가장 좋은 효과를 얻었으며, 파괴 인성은 35% 증가하여 5.77 MPa·m에 도달했습니다.^1/2.

세 번째 방법은 무수 에탄올 시약을 사용하는 것으로, 탈산소 처리 후 B4C 세라믹 결정의 입자 크기가 감소합니다. 15wt% 붕소 분말을 탈산소 처리한 후, 시료를 열간압착하고 2100℃에서 소결하면 얻어진 시료의 파괴 ​​인성이 탈산소 처리 전보다 13% 증가하여 3.93MPa·m에 도달합니다.^1/2.

네 번째 방법은 B4C에 Ti3SiC2를 첨가하여 복합재료를 만드는 것입니다. Ti3SiC2 함량이 증가함에 따라 B4C의 인성도 증가합니다. Ti3SiC2 함량이 25~30%에 도달하면 복합재료의 인성은 6.54 MPa·m에 이릅니다.^1/2.

위의 네 가지 방법을 통해 연구원과 기술자들은 탄화붕소 세라믹의 인성을 향상시키고, 무가압 소결 공정을 통해 제품 밀도가 2.52g/cm³인 탄화붕소 세라믹을 제조했습니다.