3Dプリント連続繊維強化セラミックマトリックス複合材料における界面相の重要な役割

3Dプリント連続繊維強化セラミックマトリックス複合材料における界面相の重要な役割
寄稿者: Qi Chenyun Lian Qin 寄稿部署: 西安交通大学機械製造システム工学国家重点研究室

セラミック材料は、耐高温性、耐酸性、耐アルカリ性、高強度、高硬度などの優れた特性を持っているため、自動車のエンジンや航空宇宙機のホットエンド部品など、耐摩耗性、耐高温性を備えた特殊部品の製造に使用できます。セラミック材料の靭性を向上させるために、セラミックマトリックス複合材料の製造と研究が始まりました。セラミックマトリックスに粒子、ウィスカー、または短繊維を追加する場合と比較して、連続的に強化されたセラミックマトリックス複合材料は、より優れた機械的特性を示します。

ノースウェスタン工科大学[1]のヤンらは、FDMに基づく3D印刷法(図1a参照)を使用し、熱可塑性セラミック前駆体メチルシルセスキオキサン樹脂(MK)と連続炭素繊維を印刷材料として使用して、複雑で軽量な構造を印刷しました(図1b)。次に、セラミック前駆体を架橋および熱分解によってアモルファスSiOCに変換し、界面を化学蒸気浸透(CVI)を使用して準備および高密度化しました。連続繊維強化セラミックマトリックス複合材料における界面相の重要な役割が調査されました。

図1(a)3D印刷プロセスの概略図4つのサンプルの機械的特性(図2ABCD)は、セラミックがインターフェース相を備えていない場合、繊維の結合強度が高すぎ、繊維が脆性骨折を引き出すことができなかったことがわかりました。 IXは、界面で偏向し、繊維が引き出された後に穴が残っており、繊維の補強効果が良好であることを示しています。

図2 複合材料の機械的特性(a) 応力-ひずみ曲線、(b) 異なる界面を持つ熱分解セラミックスと緻密セラミックスの曲げ強度、(c) 弾性率、(d) 破壊仕事、(e) 適切な界面相を持つ緻密セラミックスの破壊断面。明らかに、界面相は連続繊維強化セラミックマトリックス複合材料の機械的特性の向上に重要な役割を果たしています。同時に、界面相の選択と調製は、異なるセラミックマトリックスと使用環境に応じて具体的に分析する必要があり、作用メカニズムと強化効果もさらに探求する必要があります。

参考文献:
YAN YK、MEI H、ZHANG MG、他「連続繊維3Dプリントセラミックマトリックス複合材料における界面相の重要な役割[J]」。Compos Part a-Appl S、2022、162。

陶芸

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