介绍结构陶瓷氧化铝和莫来石等都是很好的耐热性,腐蚀、磨损和氧化。然而,断裂韧性低。这种低可靠性,因此,限制了它们的应用。许多研究人员试图改善结构陶瓷的断裂韧性与晶须和纤维混合。郭et al。[1]改善氮化硅的断裂韧性与碳纤维混合。 改善结构陶瓷的可靠性,本作者(2 - 14)发展结构陶瓷的发展赋予crack-healing用碳化硅氧化的能力。当陶瓷高温保存在空气、SiC位于裂纹表面与O反应2。然后,裂缝是完全恢复的产品和反应的热量。此外,crack-healed机械部分是比原来的大部分地区。如果crack-healing用于结构组件在工程使用,极大的好处可以预期的改善可靠性以及加工和抛光成本下降。 在前面的研究[15],断裂韧性和crack-healing能力可见混有15卷% SiC的莫来石的胡须。复合材料的断裂韧性是3.8 MPa·m1/2。然而,焊接部分crack-healing不是覆盖整个裂纹表面以便SiC不分散。结果,断裂强度的标本crack-healed没有完全恢复的应用基标本。 本研究的目的是开发的新莫来石复合材料具有高的断裂韧性和优良crack-healing能力。为此,莫来石/ SiC胡须/ SiC颗粒multi-composite和莫来石/ SiC胡yabo214须复合材料提高SiC胡须的体积比是准备。Crack-healing这些标本的能力估计相比之下crack-healed之间的断裂强度和应用基复合材料。 实验莫来石粉末(101公里,Kioritzz有限公司、日本)使用平均粒径为0.2µm和艾尔2O3内容的71.8%。碳化硅晶须(标准铜线,Tateho化工有限公司、日本)使用1.0的直径0.8µmµm和100年30µmµm的长度。碳化硅粉超细级、Ibiden有限公司、日本)平均粒径0.27µm使用。生粉的混合的莫来石/ 15、20和25卷% SiC胡须,缩写为MS15W, MS20W MS25W,分别莫来石粉末的混合物和SiC胡须在异丙醇混合好12 h使用氧化铝球和一个铝罐机。 生粉的混合的莫来石/ 15卷% SiC胡须/ 10卷% SiC颗粒,缩写为MS15W10P、碳化硅粉混在莫来石粉末和酒精的混合物混合好12 h。yabo214此外,SiC胡须混混合物和莫来石-碳化硅晶须- SiC的混合粉也混合了12 h。矩形板的50 mm×50 mm×9毫米通过热压烧结1 h的氩40岁以下1700 MPaoC。烧结板被切成3毫米×4毫米×22毫米的长方形酒吧标本。一个脸上的标本被抛光镜面光洁度和标本的边缘是斜45°,如图1所示,减少边缘启动失败的可能性。
|
图1所示。三点弯曲试样和测试系统,尺寸在毫米。 |
100年的半椭圆形表面裂纹µ米表面长度是在拉伸的中心用维氏硬度计压头表面的标本,用19.6 N的负荷。深度的比值(一个)表面的一半长度(c)的裂纹(纵横比一个/c)是0.9。标本了,收到基受到crack-healing治疗在1300o在空气中C 2 h, crack-healing条件被称为透光研究[15]。 所有断裂测试的标本crack-healed进行三点加载系统和16毫米,如图1所示,在室温和温度从600年到1300年oC。单调的十字头速度测试是0.5毫米/分钟。此外,crack-healed标本没有pre-crack为了愈合裂纹介绍了机械过程也进行上述弯曲试验。下面的标本被称为热处理试样不久。断裂韧性是通过压痕断裂方法,杨氏模量计算是220 GPa [16]。 结果与讨论表1显示了MS15W的弯曲强度,MS20W, MS25W MS15W10P室温。所有标本的弯曲强度降低到小于应用基一开裂,甚至恢复超过收到基crack-healing标本。的crack-healed MS20W, MS25W和MS15W10P弯曲强度相同或高于热处理标本和总是除了pre-crack断裂的位置。相比之下,crack-healed MS15W总是从pre-crack骨折,具有抗弯强度低于热处理MS15W。观点的力量恢复室温,证实MS20W, MS25W pre-crack MS15W10P可以完全治愈。因此,混合高于20卷% SiC胡须是赋予足够的crack-healing所必需的能力只有SiC胡须。从之前的研究[2],它是发现,断裂强度完全crack-healed通过混合15卷% SiC颗粒。yabo214因此,证实crack-healing碳化硅晶须的能力低于碳化硅粒子。 表1。MS15W的弯曲强度,MS20W, MS25W MS15W10P室温
|
MS15W |
675年 |
861年 |
254年 |
711 * |
MS20W |
654年 |
771年 |
272年 |
840年 |
MS25W |
680年 |
749年 |
311年 |
819年 |
MS15W10P |
694年 |
904年 |
241年 |
641年 |
*从pre-crack骨折 图2显示了crack-healed的弯曲强度对温度的依赖关系和热处理(一)MS20W MS25W (b)和(c) MS15W10P。封闭和开放的三角形表示crack-healed的弯曲强度标本断裂的位置除了pre-crack和pre-crack,分别。也封闭的圆圈表示热处理试样的抗弯强度。crack-healed和热处理试样的抗弯强度略有下降通过增加温度低于1200°C,但抗弯强度大大降低在1300°C。此外,crack-healed试样的抗弯强度几乎等于热处理标本的值在每一个温度。然而,crack-healed MS20W和MS25W断裂从pre-crack高于800°C和1000°C,分别。这些结果表明,crack-healed部分成为弱于矩阵,以便pre-crack并非完全焊接的产品crack-healing反应。然而,从pre-crack MS15W10P从未断裂在温度从室温到1300年oC。因此,确认焊接的部分由crack-healing MS15W10P可以覆盖整个表面裂纹。
|
图2。的温度依赖性的弯曲强度crack-healed热处理(a) MS20W, (b) MS25W, (c) MS15W10P,●热处理,▼crack-healed pre-crack外(骨折),▽crack-healed从pre-crack(断裂)。 |
表2显示了试样的断裂韧性。MS15W10P的断裂韧性提高1.5倍高的价值相比,单片莫来石(K集成电路= 2.5 MPam1/2)尽管标本烧结在这项研究的最小值。断裂韧性是碳化硅晶须含量的增加而增加。因此,断裂韧性的改善不受与SiC颗粒混合,但影响很大程度上会影响通过混合SiC胡须。yabo214 表2。断裂韧性的标本
|
MS15W |
3.8 |
MS20W |
4.2 |
MS25W |
5.6 |
MS15W10P |
3.8 |
结论为提高断裂韧性以及赋予的self-crack-healing能力,莫来石/ SiC胡须/ SiC颗粒多复合材料烧结。yabo214断裂韧性和抗弯强度crack-healing治疗后。 混合高于20卷% SiC胡须是必要的力量赋予足够的crack-healing能力的恢复室温只有SiC胡须。crack-healed MS20W的一部分和MS25W成为弱于矩阵超过800oC和1000oC,分别。相比之下,crack-healed MS15W10P优于矩阵的一部分断裂强度在每个实验温度。 混合与碳化硅晶须对断裂韧性的改善有效,和断裂韧性没有减少与SiC颗粒混合。yabo214因此,碳化硅胡须multi-compositing - Siyabo214C颗粒是一种有价值的方法提高断裂韧性和赋予的self-crack-healing能力。 引用1。J.K.Guo, Z.Q. Mao, C.D. Bao, R.H. Wang and D.S. Yan, “Carbon fiber-reinforced年代iliconNitrideComposite”, j .板牙。Sci,17(1982)3611 - 16。 2。k .安藤k . Tuji k . Furusawa t . Hanagata贝拉楚和佐藤,“Pre-Crack大小和测试温度对断裂强度的影响性能的裂纹愈合莫来石”,j . Soc。垫,科学。日本,50(2001)920 - 925。 3所示。k .安藤k . Furusawa m.c楚(t . Hanagata k Tuji和佐藤,“裂纹愈合行为压力下的莫来石/碳化硅陶瓷和复合疲劳强度”,j。陶瓷。Soc。84年(2001)2073 - 78。 4所示。k .安藤m.c楚(k . Tuji t . Hirasawa y小林和佐藤,“裂纹愈合行为和莫来石/碳化硅复合陶瓷的高温强度”,j .欧元。陶瓷。Soc。,22(2002)1313 - 19所示。 5。k .安藤k . Tuji m . Nakatani贝拉楚,佐藤和小林Y, Y”的影响2O3温度对裂纹愈合强度结构莫来石”,j . Soc。垫,科学。日本。,51(2002)458 - 464。 6。f .姚明,k .安藤贝拉楚和s .佐藤Crack-Healed Si的“静态和循环疲劳行为3N4/碳化硅复合陶瓷”,j .欧元。陶瓷。Soc。,21(2001)991 - 997。 7所示。k .安藤k . Houjou m.c楚(s . Takeshita k .高桥坂本和佐藤,“Crack-Healing Si的行为3N4/ SiC陶瓷在疗愈的温度应力和疲劳强度(1000oC)”, j .欧元。陶瓷。Soc。,22(2002)1339 - 46所示。 8。k . Houjou k .平井伯昌k .安藤贝拉楚,松下和s .佐藤”效应的烧结添加剂和SiC高温氮化硅的氧化行为”,j . Soc。垫,科学。日本。,51(2002)1235 - 1241。 9。k .高桥B.S.金正日贝拉楚,佐藤和k .安藤压力下的“自我Crack-Healing行为Crack-Healing氮化硅陶瓷、合成强度的温度”,日本。Soc。动力机械。英格。,68年(2002)1063 - 70。 10。k .安藤k .高桥Nakayama和佐藤,“Crack-Healing Si的行为3N4/ SiC陶瓷在循环应力和合成强度Crack-Healing温度”,j。陶瓷。Soc。85年(2002)2268 - 72。 11。k .安藤k . Furusawa k .高桥贝拉楚和佐藤,“Crack-Healing行为不变,循环应力下的结构陶瓷在高温”,j .陶瓷。Soc。日本,110年(2002)741 - 747。 12。k .安藤y Shirai, m . Nakatani y .小林和s .佐藤”(Crack-healing +验证试验):一个N电子战米ethodology来Guarantee的年代结构性我ntegrity的CeramicsComponent”, j .欧元。陶瓷。Soc。22(2002)121 - 28。 13。k .安藤贝拉楚,松下和佐藤,”的影响Crack-healing和P屋顶的测试Procedure上Fatigue年代实力和R结果的如果3N4/ SiCComposites”, j .欧元。陶瓷。Soc。23(2003)977 - 984。 14。y . m . Kim Crack-healing k .安藤和贝拉楚。Behavior的liquid-phase-sintered年代iliconCarbideCeramics”, j。陶瓷。Soc。,86年(2003)465 - 70。 15。m .小野w .石田w . Nakao k .安藤Crack-healing Mori和m . Yokouchi。Behavior,H本T绝对零度年代实力和FractureToughness的米ullite / SiCWhiskerCompositeCeramic”, j . Soc。垫,科学。日本,(in submitted). 16。h .奥田硕t . o . Kamigaito,平井伯昌工程陶瓷、精细陶瓷技术系列,日本,11页。 详细联系方式 |