Керамическая сварка: испытание механических свойств огнем!
ЗначениеКарбид кремния (SiC) обычно используется в промышленности, где требуется химическая инертность, высокая твердость и превосходная прочность при повышенных температурах. Однако область его применения ограничена низкой вязкостью разрушения. Одним из способов преодоления этого ограничения является упрочнение SiC нитевидными кристаллами или волокнами для формирования композитов SiC/SiC, придающих ему замечательные механические свойства, которые можно модифицировать для желаемого применения. Важно отметить, что керамика SiC и SiC/SiC также обладает устойчивостью к нейтронному облучению, что делает их потенциальными кандидатами для конструкционных применений в ядерных реакторах.
Керамические конструкции, особенно большие, требуют высокоэффективных и надежных методов соединения. Хотя пайка является наиболее распространенным методом соединения, большинство наполнителей и припоев имеют различную устойчивость к облучению и не могут оставаться инертными в ядерной среде.
Для преодоления этих ограничений была принята сварка плавлением керамики. Это требует, чтобы материалы образовывали расплавы во время сварки, которые повторно затвердевают в одну часть. Однако компоненты SiC и SiC/SiC не плавятся, а скорее диссоциируют при повышенных температурах около 2500°С.0003 ° C.
Для формирования более стойкого к облучению соединения, содержащего SiC, требуется второй материал, способный выделять жидкость при нагревании с SiC. К таким кандидатам относятся диборид циркония (ZrB 2 ) и карбид циркония (ZrC), которые можно сваривать с SiC-керамикой в тройной системе SiC-ZrB 2 -ZrC. Хотя соединение SiC-керамики с помощью сварки плавлением является важным шагом на пути к внедрению сварных керамических компонентов, эволюция механических свойств керамических сварных швов до сих пор плохо изучена. Аналогичные исследования для керамической сварки в SiC-ZrB 2 -ZrC с использованием методов дуговой плавки и индукционного нагрева для измерения механических свойств затвердевших пластов расплава, но эти исследования немногочисленны и сосредоточены на свойствах полученных образцов при комнатной температуре.
Кроме того, очень мало исследований механических свойств материалов SiC-ZrB 2 -ZrC при повышенных температурах, ни одно из которых не является систематическим. «Нам действительно не хватает большой части инженерной картины без данных о более высоких температурах», — заявляет автор доктор Джиси Джарман. «У нас очень мало данных, на которые можно положиться при моделировании, и мы только догадываемся о том, до какой температуры может дойти керамический сварной шов, прежде чем он потеряет свою прочность и выйдет из строя». «В рамках этой тройной системы и других сверхвысокотемпературных керамических систем наша работа в Missouri S&T направлена на изучение высокотемпературного поведения этих типов материалов (как несваренных, так и сваренных, когда это применимо) и начало заполнения пробелов в недостающих материалах. знания о механике высоких температур, которые недоступны в соответствующей литературе или базах данных».
В этом документе тогдашний кандидат наук Джиси Джарман, доктор Уильям Фаренхольц, доктор Грег Хилмас, доктор Джереми Уоттс и доктор Дерек Кинг из Университета науки и технологий Миссури исследовали механические свойства сваренных плавлением SiC-ZrB 2 и SiC-ZrB 2 -ZrC керамические системы.
В частности, были синтезированы образцы из составов 60 SiC-40 ZrB 2 об.%, бинарная эвтектика системы SiC-ZrB 2 и тройная эвтектика систем SiC-ZrB 2 -ZrC, сваренные плазменной дугой или вольфрамовым электродом. сварка в среде инертного газа и испытания при повышенных температурах. Были измерены прочность и сохранение прочности сварной керамики. Их работа в настоящее время опубликована в Журнал Европейского керамического общества .
Исследовательская группа показала, что все исследованные композиции пригодны для сварки, а композиция, состоящая из 40 об. % ZrB 2 и 60 об. % SiC, имеет самое высокое содержание SiC, которое можно было эффективно сваривать. Сила SIC-ZRB 2 Бинарная эвтектика, 40 об.% ZRB 2 и 60 об.% SIC составлял 650 МПа при тестировании при 25 ° C-1700 ° C. 2 керамика, предел прочности при повышенных температурах снизился до 300 МПа при 1700 ° C.
Следовательно, свойство ударной вязкости исходных материалов снизилось от до после сварки.
Обычно прочность сварного шва керамических композиций составляла 150 – 200, что свидетельствует о том, что они сохраняли около 30 – 40 % своей первоначальной прочности при комнатной температуре при сварке при повышенных температурах до 1700 ° С. При повышенных температурах прочность сварного шва удерживание было самым высоким для тройной эвтектики SiC-ZrB 2 -ZrC из-за влияния ZrC. Во время сварки ZrC сыграл жизненно важную роль в снижении температуры плавления расплава, что привело к уменьшению размеров захваченных пор при затвердевании зон сплавления.
Таким образом, новое исследование показало, что прочность сварных швов и прочность исходных материалов контролируются размером пор в сварных швах плавлением и размером кластеров карбида кремния соответственно. В частности, низкотемпературная прочность керамики объясняется наличием пор в зонах сплавления.
С этой целью авторы пришли к выводу, что прочность керамических швов можно повысить за счет удаления пор в зонах сплавления.
В заявлении до Advances in Engineering , д-р Джеси Джарман и соответствующий автор заявили, что их выводы будут способствовать лучшему пониманию и дальнейшему улучшению механических свойств керамики, сваренной плавлением. Доктор Джарман отметил: «Наша работа закладывает основу для соединения большего количества типов керамики друг с другом и с другими материалами, такими как тугоплавкие металлы. Изучение этой относительно неисследованной области исследований позволяет нам узнать о передовых возможностях этих материалов при сварке». В SiC-ZrB 9 еще предстоит провести дополнительные исследования в области сварки.0014 2 -ZrC, но эта система является вероятным кандидатом во многих разрабатываемых системах для промышленных высокотемпературных применений. «Изучить эту систему было чертовски сложно, и я с нетерпением жду, когда наши системы следующего поколения будут включать эти типы соединений для достижения более высоких температур и более эффективной работы!» говорит Джарман.
Джарман, Дж. Д., Фаренхольц, В. Г., Хилмас, Г. Э., Уоттс, Дж. Л., и Кинг, Д. С. (2022). Механические свойства сваренной плавлением керамики в системах SIC-zrb2 и SIC-zrb2-zrc . Журнал Европейского керамического общества, 42 (5), 2107-2117.
Перейти к журналу Европейского керамического общества
Пользовательское имя Svg Пользовательское имя Файл для резки Файл для лазерной резки
Нажмите, чтобы увеличить
Цена: 34,75 норвежских крон
Погрузка
С учетом НДС
27 382 продажи |
Добавьте свою персонализацию
Имя или слово будет отображаться курсивным шрифтом (сообщение для другого шрифта)
имя/слово:
сварные или не сваренные?:
типы файлов:
256
Вы можете сделать предложение только при покупке одного товара
Исследуйте другие похожие поисковые запросы
Внесен в список 31 марта 2023 г.
13 избранных
Сообщить об этом элементе в Etsy
Выберите причину… С моим заказом возникла проблемаОн использует мою интеллектуальную собственность без разрешенияЯ не думаю, что это соответствует политике EtsyВыберите причину…Первое, что вы должны сделать, это связаться с продавцом напрямую.
Если вы уже сделали это, ваш товар не прибыл или не соответствует описанию, вы можете сообщить об этом Etsy, открыв кейс.
Сообщить о проблеме с заказом
Мы очень серьезно относимся к вопросам интеллектуальной собственности, но многие из этих проблем могут быть решены непосредственно заинтересованными сторонами. Мы рекомендуем связаться с продавцом напрямую, чтобы уважительно поделиться своими проблемами.
Если вы хотите подать заявление о нарушении прав, вам необходимо выполнить процедуру, описанную в нашей Политике в отношении авторских прав и интеллектуальной собственности.