|新材料！俄罗斯开发出提升碳化硅断裂韧性的方法
据英国机体制造商网站2020年8月19日报道 ， 来自俄罗斯国立科技大学（NUST MISIS）的科学家发现了一种将碳化硅（一种用于生产耐火零部件最具潜力的航空结构材料）的断裂韧性提高1．5倍的方法——通过在结构中形成了增强纳米纤维获得这一成果 。未来 ， 该技术将扩大碳化硅作为结构和耐火材料的应用范围 ， 包括用于飞机制造 。有关这项研究的相关成果目前已经发表在了英国《国际陶瓷》和瑞士《材料》期刊中 。
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本条动向所述成果在英国《国际陶瓷》期刊2020年4月15日版和瑞士《材料》期刊2020年7月版均发表了论文截至2019年 ， 全球碳化硅市场估计为25．8亿美元 ， 预计每年增长将16％ 。碳化硅在自然界中基本不存在 ， 因此需要通过人工合成的方式得到 。目前 ， 碳化硅在各个行业中越来越多地用作半导体材料、建筑材料、磨料和耐火材料 。例如 ， 碳化硅用于制造内燃机的涡轮叶片和零部件 ， 将大大提高发动机的工作温度并显著提高功率、牵引功率、能源效率、环保性等关键性能 。此外 ， 由低成本的长石和石英砂制成的碳化硅陶瓷 ， 可以成功替代汽车工业中经常使用的含钴、镍和铬等稀有元素的合金零部件 。
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碳化硅用于制造涡轮叶片和内燃机零部件（俄罗斯国立科技大学图片）碳化硅陶瓷的关键问题是在压缩状态下性能良好 ， 但对于结构缺陷非常敏感 ， 因此通常具有较低的拉伸强度和弯曲强度 ， 抗裂性能较差 。来自俄罗斯国立科技大学的科学家们找到了一种方法 ， 通过使用自蔓延高温合成技术在碳化硅陶瓷中形成增强纳米纤维 ， 显著提高了碳化硅陶瓷的烧结能力并提高其抗弯强度和断裂韧性 。合成分几个阶段进行 。首先 ， 将硅、碳、钽和聚四氟乙烯粉末在行星式研磨机中混合 ， 然后将所得混合物在反应器中燃烧 。纳米纤维在燃烧过程中形成 。最后 ， 将成品在真空炉中进行烧结 。由于钽和聚四氟乙烯的共同作用 ， 因此合成得到了一种碳化硅纳米纤维增强的碳化硅基体材料 。纳米纤维阻止了断裂扩展 ， 激活了陶瓷烧结 ， 并提高了烧结材料强度特性 。纳米纤维的存在将碳化硅成品所需的烧结温度和持续时间从1800～2000℃的数小时 ， 降低到1450℃ ， 60分钟 。
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本文所述方法中的工艺说明图（俄罗斯国立科技大学图片）研究人员计划继续致力于提高碳化硅的断裂韧性和强度 。良好的机械特性和生产过程中成本效益相结合 ， 将继续扩大碳化硅作为结构和耐火材料的应用范围 。
【|新材料！俄罗斯开发出提升碳化硅断裂韧性的方法】本条动向的提供者陈济桁先生已为《空天防务观察》提供7篇专栏文章 ， 如下所列：第1篇 ， 日本东丽公司推出新一代碳纤维预浸料产品 ， 拉伸强度和抗冲击性能又提升30％ ， 2017年6月2日；第2篇 ， 复合材料助力贝尔V－280“英勇”倾转旋翼机发展 ， 2017年9月22日；第3篇 ， 日本东丽实施并购强化碳纤维复合材料竞争优势 ， 2018年8月27日；第4篇 ， 日本帝人公司开发新型耐热抗冲击预浸料 ， 2019年4月1日；第5篇 ， 美国能源部“利用高性能计算促进能源创新”战略计划解析 ， 2019年5月17日；第6篇 ， 稀土回收再利用！英国推出稀土金属回收试点项目 ， 2019年9月17日；第7篇 ， 美空军实验室科学家发现独特的可拉伸导体 ， 2019年10月30日 。（中国航空工业发展研究中心陈济桁）
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