Sparkplasma-sinterjen fan boorkarbid: In revolúsjonêre trochbraak fan "swarte technology" yn tradisjoneel sinterjen.
Op it mêd fan materiaalkunde,boorkarbid (B4C), bekend as "swarte diamant" fanwegen syn hege hurdens, lege tichtheid, slijtvastheid en neutronenabsorpsjekapasiteit, wurdt in soad brûkt yn high-end fjilden lykas kûgelfrij pânser, kearnyndustry en loftfeart. Tradisjonele sinterprosessen (lykas drukleas sinterjen en hjitpersen sinterjen) stean lykwols foar útdagings lykas hege sintertemperatueren, lange sintertiden en maklike nôtfergroving, wat fierdere ferbetteringen yn boorkarbidprestaasjes beheine. Yn 'e ôfrûne jierren is spark plasma sinterjen (SPS) technology, mei syn lege temperatuer, rappe snelheid en hege effisjinsje, in hjit ûndersyksgebiet wurden foar boorkarbid, wêrtroch't de tapassingsgrinzen fan dit superhurde materiaal opnij foarme wurde.
I. SPS-technology: In revolúsjonêr nij paradigma foar sinterjen
SPS-technology berikt rappe ferdichting fan boorkarbid troch it synergistyske effekt fan pulsearre stroom, meganyske druk en termysk fjild. It kearnprinsipe leit yn:
Plasma-aktivaasje: Pulsearre stroom genereart direkte hege-temperatuer plasma yn 'e gatten tusken de dieltsjes, wêrtroch oerflakoksiden wurde fuorthelle en atoomdiffúzje befoardere wurdt.
Joule-ferwaarming en temperatuergradiënt: De elektryske stroom genereart Joule-ferwaarming troch de grafytfoarm, en de temperatuer nimt rap ta (oant 600 ℃/min), wêrtroch in temperatuergradiënt ûntstiet dy't de ferdichting fersnelt en de groei fan it nôt remt.
Diffúzje mei assistinsje fan it elektryske fjild: It elektryske fjild ferleget de sinteraktivaasje-enerzjy, wêrtroch boorkarbid in hege tichtheid (> 95%) kin berikke by 1700-2100 ℃, wat 300-500 ℃ leger is as it tradisjonele proses.
Yn ferliking mei tradisjoneel sinterjen hat boorkarbid dat taret is troch SPS finer kerrels (nano- oant mikronskaal) en superieure meganyske eigenskippen. Bygelyks, by 1600 ℃ en 300 MPa hege druk wurdt de brektaaiens fan boorkarbid dat taret is troch SPS ferhege nei 5,56 MPa・m¹/², en de dynamyske taaiens wurdt signifikant ferbettere.
II. Technologyske trochbraak: De wichtichste sprong fan laboratoarium nei yndustrialisaasje
1. Parameteroptimalisaasje en mikrostruktuerkontrôle
Temperatuer- en druksynergie: Undersyk hat oantoand dat by lege temperatueren (1700-2000 ℃) it ferskowen fan dieltsjesgrinzen benammen liedt ta ferdichting, wylst by hege temperatueren (>2000 ℃) de dislokaasjeklimming dominant is. Troch it presys kontrolearjen fan 'e ferwaarmingssnelheid en druk kin de korrelgrutte sekuer kontroleare wurde fan 4 μm oant de nanometerskaal.
Ynnovative tapassingen fan sinterhulpmiddels: It tafoegjen fan tafoegings lykas Al, SiC en grafeen kin de prestaasjes fierder optimalisearje. Bygelyks, B4C/SiC/Al mearfazekeramyk mei 1,5% grafeen (GPL's) lit in ferheging fan 25,6% sjen yn brektaaiens en in ferheging fan 99% yn bûgingssterkte.
2. Ienstapsfabrikaazje fan funksjoneel gradearre materialen
It Napo Materials-team hat foar it earst ienstaps sinterjen fan funksjoneel gradearre B4C/Al-materialen berikt mei SPS-technology. Dit materiaal berikt in gradiëntoergong fan suvere B4C (hurdens 32 GPa) nei suvere Al (hurdens 1 GPa), wêrtroch't de problemen fan grutte smeltpuntferskillen en maklike foarming fan ûnreinheidsfazen yn tradisjonele prosessen mei súkses oplost wurde, en nije ideeën leveret foar kûgelfrij pânser en kompositmaterialen mei hege termyske geliedingsfermogen.
3. Trochbraak yn prestaasjes yn ekstreme omjouwings
Yn 'e kearnsektor berikke SPS-tariede B4C-neutronenabsorbers in suverens fan 99,9%, litte se poerbêste strielingsresistinsje sjen en hawwe se ôffalferwurkingskosten dy't mar ien fyfde binne fan dy fan tradisjonele materialen op basis fan kadmium. Yn 'e loftfeartsektor ferminderje boarkarbid/aluminium-kompositmaterialen it gewicht fan 'e foarste beskermingsplaten fan turbofanmotoren mei 40% en ferbetterje se de brânstofferbrûk mei 2,3%.
III. Yndustryperspektyf: In nije blauwe oseaan yn in merk fan triljoenen dollars
1. Applikaasjes bloeie op yn alle fjilden.
Definsje en militêre yndustry: It Osprey-transportfleantúch fan it Amerikaanske leger brûkt B4C-kompositpânser, wat it gewicht mei 40% ferminderet en beskerming biedt dy't superieur is oan tradisjoneel stielen pânser.
Healgeleiders en Elektroanika: Boarkarbide waferstadiumflater < 1μm, foldocht oan 'e ultra-hege presyzje-easken fan EUV-litografymasines. De lege-temperatuer sintertechnology fan Zhihe New Materials ferleget de B4C sintertemperatuer nei 1950 ℃, wêrtroch't de tapassing yn it fjild fan healgeleiderpolijstpads oandreaun wurdt.
Nije enerzjy- en miljeubeskerming: Boarkarbide nozzles ferlingje de libbensdoer fan hege-druk sânstraalapparatuer fan 3 moannen nei 2 jier, wêrtroch't de ûnderhâldskosten mei 80% ferminderje. Harren tapassing yn kearnerzjy, sinnesellen en oare fjilden wreidet him ek rap út.
2. Merkgrutte en beliedsdividenden
De wrâldwide merk foar boarkarbid wurdt ferwachte te groeien fan $180 miljoen yn 2025 nei $320 miljoen yn 2030, wat in CAGR fan 9,5% fertsjintwurdiget. As grutste produsint fan 'e wrâld nimt Sina de liedende posysje fan 'e sektor yn troch beliedsstipe en technologyske trochbraken.
Spark plasma sintering (SPCS) technology liedt boarkarbidmaterialen fan it laboratoarium nei yndustrialisaasje. De superieure prestaasjes yn hurdens, termyske stabiliteit en neutronabsorpsje biede disruptive oplossingen foar definsje, enerzjy en elektroanika. Mei technologyske foarútgong en beliedsstipe sil boarkarbid, dizze "swarte diamant", sûnder mis skine yn noch mear tapassingen, en ien fan 'e wichtichste materialen wurde dy't de minsklike technologyske foarútgong oandriuwe.