αSiC

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4306(2023) 이 기사 인용

503 액세스

측정항목 세부정보

본 연구에서는 0~3wt.% 그래핀과 0~15wt.% 나노 β-SiC를 함유한 무압력 소결 α-SiC 기반 복합재 샘플의 기계적 특성을 조사했습니다. 나노 β-SiC와 그래핀을 동시에 사용하고 β-SiC(3C)를 α-SiC(6H/4H)로 변환하면 2차 α-SiC 입자가 신장되어 SiC의 기계적 특성(예: 파괴 인성)이 크게 향상됩니다. 세라믹. 그 결과, 나노 β-SiC 5wt.%와 그래핀(5B1G)을 1wt.% 함유한 시료에서 가장 높은 상대밀도 99.04%, 영률 537.76GPa, 파괴인성 5.73MPa×m1/2를 나타냈다. ). 또한 3점 굽힘 시험과 2축 시험(piston-on-3-ball)을 포함한 두 가지 굽힘 강도 측정 방법을 비교했습니다. 3점 굽힘 시험을 위해 스트립형 시편을 준비하고, 이축 굽힘 시험을 위해 디스크형 시편을 준비하였다. 각 굽힘 시험은 만능 시험기를 사용하여 평가되었습니다. 결과는 이축 굽힘 강도가 3점 굽힘 강도보다 작은 것으로 나타났습니다. 또한 5wt.% Nano β-SiC 및 1wt.% Graphene 샘플(5B1G)에서 최대 3점 굽힘 강도 582.01MPa와 이축 굽힘 강도 441.56MPa를 얻었습니다. 연구에 따르면 2축 굽힘 방법을 사용하는 데 따른 많은 이점 외에도 결과는 3점 굽힘 강도와 매우 유사한 경향을 나타냅니다. 또한, 5wt.% 나노 β-SiC(5B)를 함유한 샘플에서 각각 10N과 1N의 힘으로 경도가 28.03GPa와 29.97GPa로 가장 증가한 것으로 나타났습니다. α-SiC 세라믹의 파괴 인성을 향상시키는 효과적인 메커니즘 중 하나는 균열 편향/브리징입니다. 또한, α-SiC 매트릭스와 보강재의 열팽창 차이로 인해 매트릭스 입자와 보강재 사이에 잔류 응력이 생성되어 기계적 특성(예: 강도 및 파괴 인성)을 향상시키는 데 효과적입니다.

오늘날, 탄화규소(SiC)는 널리 사용되는 비산화물 세라믹으로, 전 세계 생산량은 연간 약 700,000톤입니다. 초고경도 및 내열/산화성으로 인해 내화로 및 발열체1,2,3,4,5,6,7,8,9와 같은 부품을 생산하는 연마재 및 원료로 사용됩니다. SiC는 180개 이상의 다형을 지닌 β-SiC와 α-SiC의 두 가지 결정 구조를 가지고 있습니다. 입방 구조를 갖는 3C 폴리타입은 β-SiC로 알려져 있으며 다른 폴리타입(육각형 및 능면체)은 α-SiC로 알려져 있습니다. 6H, 4H 및 2H는 가장 일반적인 α-SiC 폴리타입입니다. 고온에서 β-SiC(3C)는 불안정하고 α-SiC(6H/4H)로 변환되어 입자 길이가 증가합니다8,10,11. SiC의 또 다른 중요한 응용 분야는 철 및 강철 야금에서 규소화 및 침탄제로 사용되는 것입니다. 그러나 낮은 파괴인성과 열악한 소결성으로 인해 SiC의 적용은 제한적이므로 이 분야에서는 이미 많은 연구가 진행되고 있다.

SiC 소결에는 첨가제와 고온이 필요합니다. 첨가제의 유형과 양에 따라 SiC 세라믹은 고체 또는 액체 상태18,19,20,21,22,23,24에서 소결하여 압축할 수 있습니다. 고체 소결에는 일반적으로 2100°C25,26,27 이상의 소결 온도가 필요합니다. 소결 첨가제는 입자 경계 에너지를 줄이고 SiC 입자 표면에 남아 있는 실리카와 반응하여 고밀도를 달성합니다9,11. 대조적으로, 1850~2000°C 사이의 온도에서 수행되는 액체 상태 소결 공정은 고온 파괴 인성과 같은 일부 특성을 저하시킵니다. 최근에는 나노기술을 활용하여 SiC 세라믹의 특성을 향상시키는 것이 주목받고 있습니다. 따라서 마이크로 크기의 입자에 비해 나노 입자를 보강재로 사용하면 더 눈에 띄는 특성이 나타납니다.