Zpracování a vlastnosti keramické matrice s přidáním uhlíkových nanotrubic

Abstract

Karbid křemičitý je známý jako materiál s výjimečnou kombinací vlastností, které z něj dělají jednu z nejdůležitějších konstrukčních keramik. Není vhodné připravovat slinutý karbid křemíku bez spékacích přísad a použití vnějšího tlaku, proto používáme spékací přísady AlN a Y2O3 a lisovací techniku. Je dnes běžnou praxí užití trubkovitých uhlíkových nanovláken tzv. uhlíkové nanotrubice (CNTs), u velkého množství technických aplikací. CNTs jsou použity pro zpevnění moderních kompozitních materiálů, díky svému vysokému modulu pružnosti a vysoké pevnosti ve srovnání se stávajícími vlákny. Přestože jsou výzkumy kompozitů s nanotrubičkami zaměřeny většinou na polymerní kompozity, je možné unikátních vlastností uhlíkových nanotrubiček také využít v keramických kompozitních matricích. Kombinace těchto nanotrubiček s keramickou matricí může vytvořit kompozity, které mají vysokou teplotní stabilitu, stejně jako mimořádnou houževnatost a odolnost proti tečení. Také zvýšená tepelná a elektrická vodivost kompozitů vede i při jejich nízkých objemových podílech k poskytnutí příslušného tepelného transportu pro možnost nižších provozních teplot, stejně jako ke zlepšení odolnosti vůči tepelným rázům. Prvky skupiny železa jako Fe, Co a Ni jsou katalyticky aktivní. Proto jsme k výrobě uhlíkových nanotrubic použili metodu chemické depozice z plynné fáze (CCVD) s Fe jako katalyzátorem.

The aim of this work is to optimize the preparation conditions of the SiC composite with the addition of carbon nanotubes. The carbon nanotubes (CNT) were sprayed on the surface of submicron SiC powder with the CVD method by the thermal decomposition of C2H2. Iron was used as a catalyst for the creation of carbon nanotubes. A homogeneous distribution of Fe nanoparticles on the surface of SiC has being reached by grinding the SiC powder using steel grinding bodies or by precipitation of colloidal particles from an aqueous solution in the form of hematite (-Fe2O3). As sintering additives were used Y2O3 (14,2 wt%) and AlN (0,6 wt%). The densification of the materials was achieved by hot pressing the starting mixtures, which after the addition of the CNT, were washed in hydrochloric acid to remove the iron. On the prepared dense samples were observed the changes in the microstructure and their influence on the mechanical properties (KIC, HV).