Startseite > Ausstellung > Inhalt

Der Aufstieg von Kunststoff-Bornitrid-Keramik

Sep 29, 2020

Keramik ist ein wichtiger technischer Material mit unvergleichlicher Festigkeit, Härte und hoher Temperaturstabilität. Im Vergleich zu Metallen weisen Keramiken eine höhere natürliche Sprödigkeit und eine geringere Verformungsfähigkeit bei Raumtemperatur auf. Unter der äußeren Beanspruchung hat die Keramik fast keine plastische Verformung, sondern nur eine kleine elastische Verformung. Wenn die elastische Grenze überschritten wird (in der Regel weniger als 1%), Risse erscheinen in Keramik und verbreiten sich schnell, was zu einem katastrophalen Versagen, die die Anwendung von Keramik als Strukturmaterialien ernsthaft behindert.

Kürzlich veröffentlichten der Akademiker Tian Yongjun und Professor Zhao Zhisheng von der Yanshan University Arbeiten über Science China-Materialien, die darauf hinwiesen, dass die Verformungsfähigkeit undBornitridKeramik kann gleichzeitig verbessert werden, indem dreidimensionale, ineinandergreifende Schichtstrukturen mit niedriger oder gar keiner bevorzugten Ausrichtung aufgebaut werden (Abb. 1). Die Druckfestigkeit dieser Art von BN-Keramik ist so hoch wie 343mpa, und die Dehnung ist 4,2%, was 3-mal der Festigkeit und 2-mal der Belastung der normalen schichtierten BN-Keramik entspricht. Darüber hinaus haben die Bornitridkeramiken Raumtemperatur Plastizität und die Verformung kann 1,1% erreichen.

微信图片_20200929085359

Abbildung 1: zyklische Entladekurve von Bornitridkeramik. Die Abbildung zeigt die SEM-Morphologie des Querschnitts, die zeigt, dass die Keramik aus dreidimensionaler, ineinandergreifender Lamellenstruktur mit geringer bevorzugter Ausrichtung besteht.

Es ist bekannt, dass die traditionelle geschichtete Bornitridkeramik durch Sintern von Graphit wie sechseckigem Bornitrid (hBN)-Pulver hergestellt wird. Das hBN-Blatt wird jedoch bevorzugt unter der Einwirkung von Ladekraft beim Warmpressen oder Funkenplasmasintern ausgerichtet. Um diesen Effekt zu reduzieren, bereiteten die Forscher in den neuesten Forschungsergebnissen zunächst einen Nanorohstoff namens Zwiebel wie Bornitrid (OBN) her, der wie russische Puppen aus mehrschichtigen Kugelschalen besteht, und verwendeten ihn als Vorläufer für Sinterbornitridkeramik. Durch die Analyse der Mikrostruktur der sinterten Keramik fanden sie heraus, dass sich die OBN-Nanopulver vollständig in geschichtete Bornitrid-Nanoblätter mit beliebiger Ausrichtung und dreidimensionaler Verzahnung verwandelt hatten. Bei dieser Struktur werden das Gleiten zwischen den Schichten und die Bewegung zwischen Nanoblättern durch die umgebenden Nanoblätter mit unterschiedlichen Ausrichtungen begrenzt, was zu einer hohen Festigkeit von Keramik führt. Auch aufgrund dieser Einschränkung werden sich diese dünnen Nanoplatten unter äußerer Kraft flexibel verformen, was hilfreich ist, um die Verformungsfähigkeit von Keramik zu verbessern. Darüber hinaus können die irreversiblen kumulativen Schäden wie Zwischenschichtschlupf, Knickband, Delamination und Riss während der Kompression auch in einem bestimmten Bereich reduziert werden, um die plastische Verformung von Keramik zu realisieren.

Die aktuellen Forschungsergebnisse zeigen, dass geschichtete Bornitridkeramik eine große Kompressionsverformungskapazität und eine hohe Plastizität bei Raumtemperatur aufweisen kann. Es wird erwartet, dass die Festigkeit, Verformungsfähigkeit und Plastizität von BN Ceramics durch eine weitere Reduzierung der Größe und bevorzugten Ausrichtung der Nanoblätter erheblich verbessert werden kann. Die aktuelle Designidee kann auch auf andere geschichtete Materialien wie Max-Phasen-Keramik, Graphit, 2D-Schichthalbleiter (be2te3, WS2 und MoS2) angewendet werden.