Vonkplasmasintering van boorkarbied: 'n Revolusionêre "swart tegnologie"-deurbraak in tradisionele sintering.
In die veld van materiaalkunde,boorkarbied (B4C), bekend as "swart diamant" as gevolg van sy hoë hardheid, lae digtheid, slytasieweerstand en neutronabsorpsievermoë, word wyd gebruik in hoë-end velde soos koeëlvaste wapens, kernbedryf en lugvaart. Tradisionele sinterprosesse (soos druklose sintering en warmpers-sintering) staar egter uitdagings in die gesig soos hoë sintertemperature, lang sintertye en maklike korrelvergroting, wat verdere verbeterings in boorkarbiedprestasie beperk. In onlangse jare het vonkplasmasintering (SPS)-tegnologie, met sy lae temperatuur, vinnige spoed en hoë doeltreffendheid, 'n warm navorsingsgebied vir boorkarbied geword, wat die toepassingsgrense van hierdie superharde materiaal hervorm.
I. SPS-tegnologie: 'n Revolusionêre Nuwe Paradigma vir Sintering
SPS-tegnologie bereik vinnige verdigting van boorkarbied deur die sinergistiese effek van gepulseerde stroom, meganiese druk en termiese veld. Die kernbeginsel daarvan lê in:
Plasma-aktivering: Gepulseerde stroom genereer oombliklike hoëtemperatuurplasma in die tussendeeltjie-gapings, wat oppervlakoksiede verwyder en atoomdiffusie bevorder.
Joule-verhitting en temperatuurgradiënt: Die elektriese stroom genereer Joule-verhitting deur die grafietvorm, en die temperatuur styg vinnig (tot 600 ℃/min), wat 'n temperatuurgradiënt vorm wat verdigting versnel en graangroei inhibeer.
Elektriese Veldondersteunde Diffusie: Die elektriese veld verlaag die sinteraktiveringsenergie, wat boorkarbied in staat stel om hoë digtheid (>95%) by 1700-2100 ℃ te bereik, wat 300-500 ℃ laer is as die tradisionele proses.
In vergelyking met tradisionele sintering, het boorkarbied wat deur SPS voorberei word, fyner korrels (nano- tot mikronskaal) en beter meganiese eienskappe. Byvoorbeeld, teen 1600 ℃ en 300 MPa hoë druk, word die breuktaaiheid van boorkarbied wat deur SPS voorberei word, verhoog tot 5.56 MPa・m¹/², en die dinamiese taaiheid word aansienlik verbeter.
II. Tegnologiese Deurbraak: Die Belangrike Sprong van Laboratorium na Industrialisering
1. Parameteroptimalisering en mikrostruktuurbeheer
Temperatuur- en Druksinergie: Navorsing het bevind dat by lae temperature (1700-2000℃) die gly van die deeltjiegrens hoofsaaklik tot verdigting lei, terwyl by hoë temperature (>2000℃) die klim van ontwrigting dominant is. Deur die verhittingstempo en druk presies te beheer, kan die korrelgrootte akkuraat beheer word van 4μm tot die nanometerskaal.
Innoverende Toepassings van Sinterhulpmiddels: Die byvoeging van bymiddels soos Al, SiC en grafeen kan die werkverrigting verder optimaliseer. Byvoorbeeld, B4C/SiC/Al meerfase-keramiek met 1.5% grafeen (GPL's) toon 'n toename van 25.6% in breuksterkte en 'n toename van 99% in buigsterkte.
2. Eenstap-vervaardiging van funksioneel gegradeerde materiale
Die Napo Materials-span het vir die eerste keer eenstap-sintering van B4C/Al funksioneel gegradeerde materiale met behulp van SPS-tegnologie bereik. Hierdie materiaal bereik 'n gradiëntoorgang van suiwer B4C (hardheid 32 GPa) na suiwer Al (hardheid 1 GPa), wat die probleme van groot smeltpuntverskille en maklike vorming van onsuiwerheidsfases in tradisionele prosesse suksesvol oplos, wat nuwe idees vir koeëlvaste pantser en hoë termiese geleidingsvermoë-saamgestelde materiale bied.
3. Deurbraak in prestasie in uiterste omgewings
In die kernbedryf bereik SPS-voorbereide B4C-neutronabsorbeerders 'n suiwerheid van 99,9%, toon uitstekende stralingsweerstand en het afvalverwyderingskoste wat slegs een-vyfde van dié van tradisionele kadmium-gebaseerde materiale is. In die lugvaartbedryf verminder boorkarbied/aluminium-saamgestelde materiale die gewig van turbowaaier-enjin se voorste beskermingsplate met 40% en verbeter brandstofdoeltreffendheid met 2,3%.
III. Bedryfsvooruitsigte: 'n Nuwe Blou Oseaan in 'n Triljoen-dollar-mark
1. Toepassings floreer oor alle velde.
Verdediging en Militêre Nywerheid: Die Amerikaanse weermag se Osprey-transportvliegtuig gebruik B4C-saamgestelde pantser, wat gewig met 40% verminder en beter beskerming bied as tradisionele staalpantser.
Halfgeleiers en Elektronika: Boorkarbied-waferstadiumvlakheidsfout < 1μm, wat voldoen aan die ultra-hoë presisievereistes van EUV-litografiemasjiene. Zhihe New Materials se lae-temperatuur sintertegnologie verminder die B4C-sintertemperatuur tot 1950 ℃, wat die toepassing daarvan in die halfgeleier-poleerblokkieveld dryf.
Nuwe Energie en Omgewingsbeskerming: Boorkarbied-spuitstukke verleng die lewensduur van hoëdruk-sandblaastoerusting van 3 maande tot 2 jaar, wat onderhoudskoste met 80% verminder. Hul toepassing in kernenergie, sonselle en ander velde brei ook vinnig uit.
2. Markgrootte en Beleidsdividende
Die wêreldwye boorkarbiedmark sal na verwagting groei van $180 miljoen in 2025 tot $320 miljoen in 2030, wat 'n saamgestelde jaarlikse groeikoers (CAGR) van 9,5% verteenwoordig. As die wêreld se grootste produsent, gryp China die bedryf se leidende posisie deur beleidsondersteuning en tegnologiese deurbrake.
Vonkplasmasintertegnologie (SPCS) lei boorkarbiedmateriale van die laboratorium tot industrialisasie. Die uitstekende werkverrigting in hardheid, termiese stabiliteit en neutronabsorpsie bied ontwrigtende oplossings vir verdediging, energie en elektronika. Met tegnologiese vooruitgang en beleidsondersteuning sal boorkarbied, hierdie "swart diamant", ongetwyfeld in nog meer toepassings skitter en een van die sleutelmateriale word wat menslike tegnologiese vooruitgang dryf.