Vilka är egenskaperna hos kol SiC?

Kiselkarbid (SiC) är en teknisk keram som har överlägsna mekaniska egenskaper och ablationsegenskaper, men som är extremt dyr och tidskrävande att tillverka.

Genom att infiltrera smält kisel i en porös kolfiberförform kan smält kisel infiltreras i den och skapa en C/C-SiC-komposit med gradient SiC-matrisfördelning.

Täthet

Carbon sic har en densitet på 1,84 g/cm3, vilket är högre än kiselkarbid men lägre än de flesta keramer. Detta gör det lämpligt för strukturella applikationer som kräver hög temperaturbeständighet med minimal termisk expansionskoefficient, mindre sprödhet än många keramer och förmåga att återinträda i atmosfären.

Kol-kolkompositer kan syntetiseras med hjälp av kolfiber och kolhaltiga bindemedelsmaterial såsom koks eller beck, som sedan utsätts för gnistplasmasintring för att sintra dem och förtäta deras pyrokolbeläggning på kolfibrer för att bilda ett gränssnitt, som sedan kan infiltreras med reaktiva matrismaterial såsom SiC för att producera kol/SiC-kompositer.

XRD-mönster av Cf/SiC CMC-prover som producerats som de var tillverkade visade de karakteristiska topparna för b-SiC, tillsammans med några amorfa toppar som tillskrivs kol-kolkompositer som denna kol-kolkompositer kan minska osäkerheterna i samband med massradiuskurvor som extrapolerats från lågtrycksdata för rena SiC-planeter, genom att erbjuda överlägsen sintringsbarhet, termiska och mekaniska egenskaper vid förhöjd temperatur, god sintringsbarhet, god sintringsbarhet samt utmärkta termomekaniska egenskaper som möjliggör god sintringsbarhet samt termiska och mekaniska egenskaper vid förhöjd temperatur. Produktionen av dem gör det möjligt att ytterligare minska osäkerheterna i samband med extrapolering från lågtrycksdata för rena SiC-planeter genom att tillhandahålla robusta kol-kolkompositer.

Styrka

Hållfastheten mäts i hur mycket kraft kolsyra kan motstå innan det går sönder eller bucklas, och kan bedömas genom att man sträcker en stålbit tills den går sönder eller slår på den med en hammare tills bucklor uppstår. Drag- och sträckgränsen kan variera kraftigt beroende på faktorer som kolhalt, tillverkningsprocess och andra överväganden.

Böjhållfastheten hos Cf/SiC-kompositen är betydligt högre än hos den rena C-matrisen tack vare SiC-matrisens och sandwichstrukturens höga hållfasthet och moduler. För att ytterligare öka böjmotståndet hos denna kombination kan justering av zeta-potentialen hos PCS-beläggningen också hjälpa till.

PCS-beläggningen hindrade kolfibrerna från att reagera med SiO-gas som bildas under reaktionerna mellan SiC-matrisen och sintringstillsatserna, vilket effektivt förhindrade hållfasthetsförsämring under mekaniska tester vid förhöjd temperatur. Ablationstester i fem cykler visar också att sprickytorna fortfarande innehåller intakta kolfiberbuntar.

Tålighet

Carbon sic är ett otroligt segt material, vilket gör det lämpligt för användning i skyddsbeläggningar och skärverktyg som måste motstå intensiv mekanisk påfrestning utan att deformeras. Enligt mätningar på Mohs hårdhetsskala hamnar carbon sic på tredje plats. Endast diamant och borkarbid överträffar det. Carbon sic:s seghet gör det också lämpligt som ett miljövänligt materialalternativ.

Kolstål definieras av både dess draghållfasthet och sträckgräns. Draghållfasthet avser hur mycket kraft som kan uthärdas innan det går sönder eller töjs ut, till exempel när man böjer stål tills det går sönder eller bucklar det med en hammare, vilket är ett exempel på hur denna faktor mäts. Samtidigt mäter sträckgränsen hur motståndskraftigt det är mot krossning genom upprepade chockbelastningar från att slå mot hårda föremål som stenar eller trädrötter - eller någon kraft alls för den delen!

SiC:s interstitiella defekter VC och VSi sänker avsevärt dess elasticitetskonstanter medan dess antisitdefekt, CSi, har mindre effekter; detta har lett till att dess Debye-temperatur är betydligt lägre än ideal SiC; dessutom uppvisar den också mindre värmeutvidgningskoefficienter än ZrC och TiC på grund av svagare kemiska bindningar och olika kristallstrukturer.

Termisk konduktivitet

Värmeledningsförmåga är en ovärderlig egenskap för ingenjörer att känna till eftersom den mäter överföringen av värme via ledande material. Värmeledningsförmågan rapporteras som effekt per längdenhet och temperatur med hjälp av en ekvation som L / k (W/m-K). Tillsammans med konvektion och strålning är värmeledningsförmågan en av tre metoder som överför värme i material mellan olika områden.

Täta material tenderar att vara mer värmeledande än mindre täta material på grund av tätare atomer som kan vibrera, vilket gör att värmeenergin lättare rör sig genom materialet med hjälp av fononer och flyttas runt snabbare.

Värmeledningsförmågan beror på många variabler, bland annat fas (fast, flytande eller gas), luftflödeshastighet och tryck. Dessutom uppvisar många ämnen termisk anisotropi, vilket innebär att olika kristallaxlar uppvisar olika termiska gradienter. Silver är mycket mer värmeledande än diamant på grund av att fritt rörliga valenselektroner kan leda värmeenergi på ett effektivt sätt.

Oxideringsbeständighet

Carbon sic är känt för sin stora motståndskraft mot nedbrytning när det utsätts för en oxiderande atmosfär på grund av sin utmärkta termiska stabilitet, vilket gör det lämpligt att använda som isolator i flyg- och rymdtillämpningar där höga temperaturer måste tolereras utan att skador uppstår.

Kolsyres motståndskraft mot oxidation beror på både syrekoncentrationen vid ytan och reaktionshastigheten, särskilt under torra syreförhållanden där förhållandet mellan reaktionskonstant och diffusionskoefficient är relativt lågt, vilket innebär att diffusionskontrollerad oxidation sker i gasfas och ger ett förhöjt Sherwood-tal.

Oxidationsbeständigheten kan ökas genom att man införlivar kiselkarbid (C/SiC) i matrismaterialen. Detta kan åstadkommas antingen genom pulverinfiltration och varmpressning (PIP) eller genom att infoga SiC i kolfibermatrisen via slurryinfiltration följt av pyrolys för att skapa C/SiC-kompositer med SiC-innehåll från 5-20 vol.%. Oxidationstester under belastning utfördes på fyra C/SiC-prover vid 1454degC med spänningar mellan 69 och 172 MPa och resultaten visade att de som förstärkts med bor hade betydligt längre livslängd än sina icke-förstärkta motsvarigheter både vid 1454degC och 69 MPa.