현대 산업 기술의 급속한 발전으로 세라믹 매트릭스 복합재의 성형 기술은 글로벌 연구 관심 분야의 핵심 분야가 되었습니다. 수많은 세라믹 매트릭스 복합재 중에서 탄화규소(SiC)는 우수한 기계적 특성, 저밀도, 내식성, 강한 내산화성, 우수한 화학적 및 열적 안정성, 뛰어난 마찰 및 마모 성능으로 인해 최근 수십 년 동안 지속적인 주목을 받아 매우 유망한 신소재입니다. 응용 시나리오는 상업 및 군용 시스템의 고전력 마이크로파 장치, LED 및 MOSFET과 같은 전자 장치, 자동차 및 항공우주 분야의 광학 장치, 열악한 환경을 위한 MEMS(마이크로 전자기계 시스템) 센서, 내연 기관 및 용광로용 가스 및 화학 센서, 광전자공학의 광전 센서를 포괄하며 광범위한 응용 가능성을 보여줍니다.
Si-SiC 복합재
Si-SiC 복합재는 주로 반응 소결을 통해 제조됩니다. SiC 분말과 흑연 분말을 특정 비율로 혼합하여 성형체에 압착한 다음 진공 하에서 1410도 이상의 온도에서 용융 또는 기체 실리콘을 침투시켜 Si가 흑연과 반응하도록 하여 궁극적으로 조밀한 SiC- 기반 세라믹 복합재를 형성합니다. 이 소재는 SiC 자체의 뛰어난 특성을 그대로 계승했을 뿐만 아니라, 저밀도, 높은 기계적 강도, 뛰어난 열전도율, 극도로 낮은 열팽창계수 등의 장점과 함께 간단한 가공, 낮은 소결 온도, 제어 가능한 비용, 다른 성형 공정과의 결합 유연성 등을 제공합니다. 결과적으로 다양한 분야에서 핵심적인 역할을 담당하고 있습니다.
그러나 낮은 파괴 인성은 반응-결합 Si-SiC 복합재의 중요한 약점으로, 보다 까다로운 시나리오에서의 적용을 심각하게 제한합니다. 이러한 단점을 해결하기 위해 현재 연구에서는 주로 두 가지 최적화 접근 방식을 채택합니다. 하나는 공정 개선을 통해 재료 내부의 자유 Si 함량을 줄이고 조성 제어 관점에서 기계적 특성을 향상시키는 것입니다. 다른 하나는 재료 시스템에 강화 단계를 도입하여 구조 최적화를 통해 파괴 인성을 향상시켜 Si{3}}SiC 복합재의 추가 홍보를 위한 기반을 마련하는 것입니다.
SiC-SiCf 복합재
SiC-SiCf 복합재는 SiC-기반 세라믹 복합재 중 최고로, 높은-온도 저항성, 높은 비강도, 높은 비탄성계수를 결합하는 동시에 금속과 유사한 유사가소성 거동과 낮은 노치 민감도를 나타냅니다. 점차적으로 항공우주와 같은 고급 장비에서 대체할 수 없는 위치를 유지하면서 항공 엔진의 핵심 핫{4}}섹션 구성 요소-와 초음속 항공기의 열 구조 구성 요소에 선호되는 소재가 되었습니다. 이러한 복합재는 복잡한 다중 규모 계층 구조를 갖고 있어 다양한 특정 규모에서 다양한 파괴 메커니즘과 교차-결합 실패 특성을 발생시켜 정밀한 성능 제어에 대한 과제와 기회를 모두 제공합니다.
-심층적인 연구를 통해 과학자들은 거시적 기계적 관점에서 내부 구성 특성(예: 섬유, 매트릭스 및 인터페이스)과 SiC-SiCf 복합재의 기계적 거동 간의 관계를 성공적으로 확립하여 재료 성능 최적화에 대한 이론적 지원을 제공했습니다. 제조 기술 측면에서 현재 주류 방법으로는 전구체 침투 및 열분해(PIP), 화학 증기 침투(CVI)/화학 증기 증착(CVD), 반응 용융 침투(RMI), 열간 프레싱(HP) 등이 있습니다. 이 중 CVI와 PIP는 전통적이며 가장 널리 사용되는 기술입니다. CVI는 가스 확산, 흡착, 표면 반응 및 가스 탈착과 같은 주요 단계를 포함하여 다공성 매질 내부의 고온에서 전구체 가스 화합물의 분해, 중축합 및 증착을 통해 치밀화를 달성합니다. PIP는 재료 내부의 큰 기공을 채우는 데 더 적합합니다.
실제 생산에서는 단일 공정의 한계를 고려하여 CVI/PIP 결합 공정을 사용하는 경우가 많습니다. 이 조합은 CVI의 연속 기상-증착과 PIP의 고효율 액상-침투의 장점을 통합하여 SiC-SiCf 복합재의 신속한 치밀화를 가능하게 하고 생산 효율성과 재료 성능을 효과적으로 개선하여 고급 분야에서 -대규모 애플리케이션에 대한 기술 지원을 제공합니다-.
요약
요약하면, 실리콘 카바이드 세라믹과 각각 고유한 성능 이점을 지닌 두 가지 핵심 복합재 유형은 현대 산업의 여러 핵심 영역에서 뛰어난 응용 가치를 보여줍니다. 준비 프로세스의 지속적인 최적화와 성능 연구의 심화를 통해 이러한 재료는 보다 고급스러운 시나리오에서 중요한 역할을 담당하여 관련 산업의 기술 업그레이드와 발전을 촉진할 것입니다.