ノースウェスタン工科大学: 3D プリントと化学蒸気浸透技術に基づく SiC ウィスカー強化 SiC セラミックマトリックス複合材料の製造

寄稿者: Sui Yu Nong、Lu Zhongliang

ノースウェスタン工科大学の研究チームは、3DプリンティングとCVI技術に基づいてSiC W / SiC複合材料を製造する新しい方法を提案しました。この方法は 3 つのステップで構成されます (図 1)。まず、シリコンカーバイドウィスカーを遠心噴霧乾燥で造粒して SiC W 球状粒子を形成し、次に噴霧と粉末成形でプリフォームを準備し、最後に CVI 化学蒸気浸透技術で SiC W プリフォームを緻密化して SiC W / SiC 複合材料を得ます。

図 1 SiCw/SiC 複合材料の製造フローチャートこの研究では、平均直径 1.5μm、平均長さ 18μm、純度 99% 以上の SiC W (Beantown Chemical、英国) を使用してセラミックスラリーを調製しました。ポリエチレングリコール (PEG、Mr = 400、天津 Komiou 化学試薬株式会社、中国) を分散剤として使用し、SiC W を脱イオン水に分散させました。テトラメチルエチレンジアミン (TMAH、天津富成化学試薬株式会社) を使用してスラリーの pH を調整しました。デキストリン (MW = 504、天津鼎勝新化学株式会社、中国) をバインダーとして使用しました。均一に混合した後、セラミックスラリーが得られました。

図2は、遠心噴霧乾燥法で得られたSiC W球状粒子の形態と粒度分布を示しています。具体的には、図2aのSEM画像から、凝集率が非常に高く、SiC W粉末がほぼ完全に球状粒子に造粒されていることが観察されます。図2bのSEM画像は、SiC W粒子が球形であることを示しています。図 2c の SEM 画像は、SiC W が球体内でランダムに配向されており、球体が等方性になっていることを示しています。図2に示す粒度分布dから、SiC W球状粒子は単一のピークと狭い粒度分布を示し、粒子サイズが集中していることがわかります。

本論文では、スプレー乾燥、粉末結合、CVI を組み合わせて、適切な機械的特性を持つ SiC W/SiC を製造する新しい方法を開発しました。これら 3 つのテクノロジを組み合わせると、さまざまな利点が生まれます。遠心噴霧乾燥により、流動性が低く、形状が不規則な針状または薄片状のセラミック粉末が球状に凝集されます。球状粒子は、噴霧や粉末成形に最適な原料です。吹き付け式粉末成形品は金型や複雑な加工を必要としません。さらに、複雑な幾何学的形状を持つ製品も粉末成形の噴霧により迅速に製造できるため、コストを節約し、生産サイクルを短縮できます。さらに、CVI によって製造されるセラミックマトリックスは純粋で、高密度かつ連続的であり、高い弾性率と強度を備えています。セラミックマトリックスの導入により、プリフォームの密度が高まります。したがって、この新しい方法は幅広い実用化が期待されます。この研究では、SiC W/SiC の曲げ強度と破壊靭性はそれぞれ 200 MPa と 3.4 MPa m1/2 と高いことが示されました。

参考文献:
Lv X、Ye F、Cheng L、他「3Dプリンティングと化学蒸気浸透技術に基づくSiCウィスカー強化SiCセラミックマトリックス複合材料の製造[J]」欧州セラミックス協会誌、2019年、39(11):3380-3386。
https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.04.043

寄稿者: 隋雲農陸忠良寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

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