Sinterizzazione à plasma à scintilla di carburo di boru: Una rivoluzionaria "tecnologia nera" avanzata in a sinterizzazione tradiziunale.
In u campu di a scienza di i materiali,carburu di boru (B4C), cunnisciutu cum'è "diamante neru" per via di a so alta durezza, a so bassa densità, a so resistenza à l'usura è a so capacità d'assorbimentu di neutroni, hè largamente utilizatu in campi di punta cum'è l'armature antiproiettile, l'industria nucleare è l'aerospaziale. Tuttavia, i prucessi tradiziunali di sinterizazione (cum'è a sinterizazione senza pressione è a sinterizazione à pressatura calda) affrontanu sfide cum'è temperature elevate di sinterizazione, tempi di sinterizazione longhi è una facile grossolanità di i grani, chì limitanu ulteriori miglioramenti in e prestazioni di u carburo di boru. In l'ultimi anni, a tecnulugia di sinterizazione à plasma scintilla (SPS), cù a so bassa temperatura, a so rapida velocità è a so alta efficienza, hè diventata un'area di ricerca calda per u carburo di boru, rimodellendu i limiti di l'applicazione di stu materiale superduru.
I. Tecnulugia SPS: Un Novu Paradigma Rivoluzionariu per a Sinterizazione
A tecnulugia SPS permette una rapida densificazione di u carburu di boru per via di l'effettu sinergicu di a currente pulsata, a pressione meccanica è u campu termicu. U so principiu fundamentale si trova in:
Attivazione di u plasma: A corrente pulsata genera plasma istantaneu à alta temperatura in i spazii interparticulari, eliminendu l'ossidi superficiali è prumovendu a diffusione atomica.
Riscaldamentu Joule è gradiente di temperatura: A corrente elettrica genera riscaldamentu Joule attraversu u stampu di grafite, è a temperatura aumenta rapidamente (finu à 600 ℃ / min), furmendu un gradiente di temperatura chì accelera a densificazione è inibisce a crescita di i grani.
Diffusione Assistita da Campu Elettricu: U campu elettricu diminuisce l'energia d'attivazione di a sinterizazione, permettendu à u carburu di boru di ottene una alta densità (> 95%) à 1700-2100 ℃, chì hè 300-500 ℃ inferiore à u prucessu tradiziunale.
In paragone cù a sinterizazione tradiziunale, u carburu di boru preparatu da SPS hà grani più fini (da nano à micron) è proprietà meccaniche superiori. Per esempiu, à 1600 ℃ è 300 MPa d'alta pressione, a tenacità à a frattura di u carburu di boru preparatu da SPS hè aumentata à 5,56 MPa ・ m¹/², è a tenacità dinamica hè significativamente migliorata.
II. Svolta tecnologica: u saltu chjave da u laburatoriu à l'industrializazione
1. Ottimizazione di i parametri è cuntrollu di a microstruttura
Sinergia di Temperatura è Pressione: A ricerca hà scupertu chì à basse temperature (1700-2000 ℃), u scorrimentu di i limiti di e particelle porta principalmente à a densificazione, mentre chì à alte temperature (> 2000 ℃), a salita di e dislocazioni hè duminante. Cuntrullendu precisamente a velocità di riscaldamentu è a pressione, a dimensione di i grani pò esse cuntrullata accuratamente da 4 μm à a scala nanometrica.
Applicazioni innovative di l'aiuti di sinterizzazione: L'aghjunta di additivi cum'è Al, SiC è grafene pò ottimizà ulteriormente e prestazioni. Per esempiu, e ceramiche multifase B4C/SiC/Al cù 1,5% di grafene (GPL) mostranu un aumentu di 25,6% di a tenacità à a frattura è un aumentu di 99% di a resistenza à a flessione.
2. Fabricazione in un solu passu di materiali funziunalmente graduati
A squadra di Napo Materials hà ottenutu, per a prima volta, a sinterizzazione in un solu passu di materiali B4C/Al à gradu funziunale utilizendu a tecnulugia SPS. Stu materiale ottiene una transizione di gradiente da B4C puru (durezza 32 GPa) à Al puru (durezza 1 GPa), risolvendu cù successu i prublemi di e grande differenze di puntu di fusione è a facile furmazione di fasi di impurità in i prucessi tradiziunali, furnendu nuove idee per armature antiproiettile è materiali cumposti ad alta conducibilità termica.
3. Svolta di e prestazioni in ambienti estremi
In l'industria nucleare, l'assorbitori di neutroni B4C preparati da SPS ottenenu una purezza di 99,9%, mostranu una eccellente resistenza à e radiazioni è anu costi di smaltimentu di i rifiuti chì sò solu un quintu di quelli di i materiali tradiziunali à basa di cadmiu. In l'industria aerospaziale, i materiali cumposti di carburo di boru/aluminiu riducenu u pesu di e piastre di prutezzione di u bordu d'avantaghju di i motori turbofan di 40% è migliuranu l'efficienza di u carburante di 2,3%.
III. Prospettive di l'industria: Un novu oceanu turchinu in un mercatu di trilioni di dollari
1. L'applicazioni prosperanu in tutti i campi.
Difesa è Industria Militare: L'aereo di trasportu Osprey di l'armata americana usa una armatura cumposta B4C, chì riduce u pesu di u 40% è furnisce una prutezzione superiore à l'armatura tradiziunale in acciaio.
Semiconduttori è Elettronica: Errore di planarità di u stadiu di wafer di carburo di boru < 1 μm, chì risponde à i requisiti di precisione ultra-alti di e macchine di litografia EUV. A tecnulugia di sinterizazione à bassa temperatura di Zhihe New Materials riduce a temperatura di sinterizazione B4C à 1950 ℃, ciò chì ne cunduce l'applicazione in u campu di i cuscinetti di lucidatura di semiconduttori.
Nova Energia è Prutezzione Ambientale: L'ugelli di carburo di boru allunganu a durata di l'attrezzatura di sabbiatura à alta pressione da 3 mesi à 2 anni, riducendu i costi di manutenzione di l'80%. A so applicazione in l'energia nucleare, e cellule solari è altri campi hè ancu in rapida espansione.
2. Dimensione di u mercatu è dividendi di pulitica
U mercatu mundiale di u carburu di boru hè previstu di cresce da $ 180 milioni in u 2025 à $ 320 milioni in u 2030, chì rapprisenta un CAGR di 9,5%. In qualità di più grande produttore mundiale, a Cina si sta pigliendu a pusizione di punta di l'industria per mezu di u sustegnu puliticu è di e scoperte tecnologiche.
A tecnulugia di sinterizazione à plasma scintilla (SPCS) porta i materiali di carburo di boru da u laburatoriu à l'industrializazione. E so prestazioni superiori in durezza, stabilità termica è assorbimentu di neutroni furniscenu suluzioni disruptive per a difesa, l'energia è l'elettronica. Cù i progressi tecnologichi è u sustegnu puliticu, u carburo di boru, stu "diamante neru", brillerà senza dubbitu in ancu più applicazioni, diventendu unu di i materiali chjave chì guidanu u prugressu tecnologicu umanu.