B₄C–TiB₂ kompositkeramik med justerbare mekaniske og elektriske egenskaber

I de senere år er elektroledende kompositkeramik efterhånden blevet et forskningshotspot inden for funktionalisering af strukturel keramik. Imidlertid opnås forbedringen af ​​ledningsevnen generelt på bekostning af at øge indholdet af ledende faser eller ofre de mekaniske egenskaber af kompositkeramikken.

Derfor er det af stor betydning at opnå høj ledningsevne af kompositkeramik ved lavt indhold af ledende fase. I en nylig undersøgelse, elektrisk ledende B₄ C–TiB₂ kompositkeramik indeholdende kun 15 vol% TiB₂ blev fremstillet ved en to-trins gnistplasmasintringsproces, og deres mekaniske og elektriske ydeevne blev justeret ved den optimale partikelstørrelseskobling af råmaterialepulvere.

Et team af materialeforskere ledet af Songlin Ran fra Anhui University of Technology i Maanshan, Kina forberedte for nylig stærkt elektroledende B₄ C–TiB₂ keramik ved en to-trins gnistplasmasintringsmetode.

Den tredimensionelle indbyrdes forbundne intergranulære TiB₂ netværk bestående af store B₄ C-korn og små TiB₂ korn etablerede en fremragende ledende vej til at passere elektrisk strøm, hvilket var gavnligt for forbedringen af ​​den elektriske ledningsevne. Desuden har de også opnået kontrollerbar justering af de mekaniske og elektriske egenskaber af B₄ C–TiB₂ keramik ved den optimale partikelstørrelseskobling af råmaterialepulvere.

Holdet offentliggjorde deres anmeldelse i Journal of Advanced Ceramics den 25. april 2024.

"I dette arbejde forberedte vi meget elektrisk ledende B₄ C–TiB₂ keramik via en to-trins metode baseret på den nye selektive matrix kornvækststrategi. Under sintringen, lille B₄ C-korn blev fuldstændigt forbrugt, hvilket efterlod små TiB₂ korn omkring B₄ C-korn for at danne det tredimensionelle indbyrdes forbundne intergranulære TiB₂ netværk.

"Som et resultat blev der dannet flere ledende kanaler og dermed forbedret den elektriske ledningsevne af kompositterne," sagde Dr. Ran, den tilsvarende forfatter til papiret, professor ved School of Materials Science and Engineering ved Anhui University of Technology.

B₄ C–15 vol% TiB₂ kompositkeramik fremstillet af 10,29 µm B₄ C- og 0,05 µm TiC-pulvere udviste et perfekt tredimensionalt sammenkoblet ledende netværk med en maksimal elektrisk ledningsevne på 4,25×10 ⁴ S/m, sammen med fremragende mekaniske egenskaber, herunder bøjningsstyrke, Vickers hårdhed og brudsejhed på 691±58 MPa, 30,30±0,61 GPa og 5,75±0,32 MPa·m ^1/2 , mens kompositten opnået fra 3,12 µm B₄ C og 0,8 µm TiC-pulvere havde de bedste mekaniske egenskaber, herunder bøjningsstyrke, Vickers hårdhed og brudsejhed på 827±35 MPa, 32,01±0,51 GPa og 6,45±0,22 MPa·m ^1/2 , sammen med en anstændig elektrisk ledningsevne på 0,65×10 ⁴ S/m.

"Den metode, der foreslås i dette papir, kan fremstille stærkt elektroledende keramik ved lavt ledende faseindhold, hvilket i høj grad reducerer produktionsomkostningerne og giver også en ny strategi til regulering af mikrostruktur og egenskaber af kompositkeramik," sagde Dr. Ran.

Næste trin er at omstrukturere det tredimensionelle netværk og konstruere et mere perfekt ledende netværk ved at introducere keramiske partikler, whiskers, fibre osv. Hertil kommer effekten af ​​de flere ledende faser på mikrostrukturen, elektriske egenskaber og mekaniske egenskaber af kompositkeramik skal undersøges i detaljer for at afsløre den ledende mekanisme.

Andre bidragydere omfatter Jun Zhao, Xingshuo Zhang, Zongning Ma, Dong Wang og Xing Jin fra Anhui University of Technology i Maanshan, Kina; og Chaohu University i Hefei, Kina.

Flere oplysninger: Jun Zhao et al., Tuning af mekaniske og elektriske ydelser af B₄ C–TiB₂ keramik i en to-trins gnistplasmasintringsproces, Journal of Advanced Ceramics (2024). DOI:10.26599/JAC.2024.9220874

Leveret af Tsinghua University Press