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Der Aufstieg der Kunststoff-Bornitrid-Keramik

Aug 11, 2020

Das Verformungsvermögen herkömmlicher Keramikmaterialien ist sehr begrenzt, und ein Bruch tritt normalerweise unter sehr geringer Belastung auf. Keramiken mit geschichteter Atomstruktur haben aufgrund der schwachen Wechselwirkung zwischen Atomschichten ein großes Verformungspotential.

Kürzlich veröffentlichten der Akademiker Tian Yongjun und Professor Zhao Zhisheng von der Yanshan University Forschungsarbeiten zu Materialien aus Science China. Am Beispiel von Bornitrid (BN) wurde das Kompressionsverhalten dieser Art von Keramik bei Raumtemperatur untersucht. Bn-i- und bn-ii-Keramikmaterialien wurden durch Funkenplasmasintern (SPS) unter Verwendung von zwiebelstrukturierten BN-Nanopartikeln und graphitähnlichen hexagonalen BN-Nanoblättern als Rohmaterialien hergestellt.

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Fig. 1 REM-Bilder von Vorläufer- und SPS-Keramiken: (a) OBN-Nanopartikel; (b) neu gebrochene bn-i-Oberfläche; (c) hBN-Nanoflake-Vorläufer; (d) neu gebrochene bn-ii-Oberfläche.

In bn-i bilden zufällig orientierte BN-Nanoblätter eine dreidimensionale Verriegelungsstruktur, während in bn-ii BN-Nanoblätter eine bevorzugte Ausrichtung senkrecht zur SPS-Kompressionsrichtung aufweisen. Die Druckfestigkeit von bn-i beträgt 343 MPa und die Bruchdehnung 4,2%. Im Gegensatz dazu betragen die Festigkeit und Dehnung von bn-ii 112 MPa bzw. 2,2%. Unterschiedliche Mikrostrukturen führen zu unterschiedlichen Kompressionseigenschaften zwischen bn-i und bn-ii. Zusätzlich zeigen die beiden Keramikmaterialien eine plastische Verformung von 1,1%

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Abb. 2 einachsige Kompressionseigenschaften von BN Ceramics.

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Fig. 3 REM-Bilder von bn-i- und bn-ii-Bruchflächen nach Kompression: (a) bn-i; (b) vergrößerte Ansicht des roten Bereichs in Abbildung (a); (c) bn-ii; (d) vergrößerte Ansicht des roten Bereichs in Fig. (c).

Die Ergebnisse zeigen, dass für Keramiken mit geschichteter Atomstruktur die Nanoblätter als Strukturelemente verwendet werden können, um eine dreidimensionale ineinandergreifende Struktur ohne (oder mit geringer) bevorzugter Orientierung zu konstruieren, was die Festigkeit und Verformungsfähigkeit von Keramiken verbessern soll.