Published September 21, 2020 | Version v1
Publication Open

Liquid‐Phase Assisted Engineering of Highly Strong SiC Composite Reinforced by Multiwalled Carbon Nanotubes

Creators

  • 1. Donghua University
  • 2. Shanghai Institute of Ceramics
  • 3. Chinese Academy of Sciences
  • 4. Balochistan University of Information Technology, Engineering and Management Sciences
  • 5. Tohoku University

Description

Abstract Despite the ultrahigh intrinsic strength of multiwalled carbon nanotube (MWCNT), the strengthening effect on ceramic matrix composite remains far from expectation mainly due to the weak load transfer between the reinforcement and ceramic matrix. With the assistance of the in situ pullout test, it is revealed that the liquid‐phase sintering (LPS) can serve as a novel strategy to achieve effective load transfer in MWCNT reinforced ceramic matrix composites. The YAlO 3 formed liquid phase during spark plasma sintering of SiC composite greatly facilitates radical elastic deformation of MWCNT, leading to highly increased interfacial shear strength (IFSS) as well as interlayer shear resistance (ISR) of nested walls. The liquid phase with superior wettability can even penetrate into the defects of MWCNT, which further increases the ISR of MWCNT. Moreover, the first‐principles calculation indicates that the oxygen terminated YAlO 3 phase displays much stronger bonding compared with SiC matrix, which is also responsible for the large IFSS in the composite. As a result, as high as 30% improvement of bending strength is achieved in the composite with only 3 wt% MWCNT in comparison to the monolithic ceramic, manifesting the unprecedented strengthening effect of MWCNT assisted by LPS.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

على الرغم من القوة الجوهرية الفائقة للأنبوب النانوي الكربوني متعدد الجدران (MWCNT)، إلا أن تأثير التقوية على مركب المصفوفة الخزفية لا يزال بعيدًا عن التوقعات ويرجع ذلك أساسًا إلى ضعف نقل الحمل بين مصفوفة التعزيز والسيراميك. بمساعدة اختبار السحب في الموقع، تم الكشف عن أن تلبيد الطور السائل (LPS) يمكن أن يكون بمثابة استراتيجية جديدة لتحقيق نقل فعال للحمل في مركبات مصفوفة السيراميك المقواة بـ MWCNT. شكل YAlO 3 مرحلة سائلة أثناء تلبد بلازما الشرارة لمركب SiC يسهل بشكل كبير التشوه المرن الجذري لـ MWCNT، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في قوة القص البينية (IFSs) بالإضافة إلى مقاومة القص البينية (ISR) للجدران المتداخلة. يمكن للمرحلة السائلة ذات قابلية الترطيب الفائقة أن تخترق عيوب MWCNT، مما يزيد من ISR لـ MWCNT. علاوة على ذلك، يشير حساب المبادئ الأولى إلى أن مرحلة YAlO 3 المنتهية بالأكسجين تعرض ترابطًا أقوى بكثير مقارنة بمصفوفة SIC، المسؤولة أيضًا عن IFSs الكبيرة في المركب. ونتيجة لذلك، يتم تحقيق تحسن يصل إلى 30 ٪ في مقاومة الانحناء في المركب بنسبة 3 ٪ بالوزن فقط من MWCNT مقارنة بالسيراميك المتجانس، مما يدل على تأثير التعزيز غير المسبوق لـ MWCNT بمساعدة LPS.

Translated Description (French)

Résumé Malgré la résistance intrinsèque ultra-élevée des nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT), l'effet de renforcement sur le composite à matrice céramique reste loin d'être attendu, principalement en raison du faible transfert de charge entre le renfort et la matrice céramique. Avec l'aide du test d'arrachement in situ, il est révélé que le frittage en phase liquide (LPS) peut servir de nouvelle stratégie pour obtenir un transfert de charge efficace dans les composites à matrice céramique renforcée MWCNT. La phase liquide formée par YAlO 3 pendant le frittage par plasma d'étincelle du composite SiC facilite considérablement la déformation élastique radicale du MWCNT, conduisant à une résistance au cisaillement interfaciale (IFS) fortement accrue ainsi qu'à une résistance au cisaillement intercouche (ISR) des parois imbriquées. La phase liquide avec une mouillabilité supérieure peut même pénétrer dans les défauts de MWCNT, ce qui augmente encore l'ISR de MWCNT. De plus, le calcul des premiers principes indique que la phase YAlO 3 à terminaison oxygène présente une liaison beaucoup plus forte par rapport à la matrice SiC, qui est également responsable des grandes IFS dans le composite. En conséquence, une amélioration allant jusqu'à 30% de la résistance à la flexion est obtenue dans le composite avec seulement 3% enpoids de MWCNT par rapport à la céramique monolithique, manifestant l'effet de renforcement sans précédent de MWCNT assisté par LPS.

Translated Description (Spanish)

Resumen A pesar de la resistencia intrínseca ultra alta de los nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT), el efecto de fortalecimiento en el compuesto de matriz cerámica permanece lejos de lo esperado debido principalmente a la débil transferencia de carga entre el refuerzo y la matriz cerámica. Con la ayuda de la prueba de extracción in situ, se revela que la sinterización en fase líquida (LPS) puede servir como una estrategia novedosa para lograr una transferencia de carga efectiva en materiales compuestos de matriz cerámica reforzada con MWCNT. La fase líquida formada por YAlO 3 durante la sinterización por plasma de chispa de compuesto de SiC facilita en gran medida la deformación elástica radical de MWCNT, lo que lleva a una resistencia al cizallamiento interfacial (IFSS) altamente aumentada, así como a la resistencia al cizallamiento entre capas (ISR) de paredes anidadas. La fase líquida con humectabilidad superior puede incluso penetrar en los defectos de MWCNT, lo que aumenta aún más la ISR de MWCNT. Además, el cálculo de los primeros principios indica que la fase YAlO 3 terminada en oxígeno muestra una unión mucho más fuerte en comparación con la matriz de SiC, que también es responsable de los grandes IFS en el compuesto. Como resultado, se logra una mejora de hasta el 30% de la resistencia a la flexión en el compuesto con solo el 3% en peso de MWCNT en comparación con la cerámica monolítica, lo que manifiesta el efecto de fortalecimiento sin precedentes de MWCNT asistido por LPS.

Files

advs.202002225.pdf

Files (15.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:c8635426ae29d300ccea179dd416f817
15.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الهندسة المساعدة للمرحلة السائلة لمركب كربونات كربونية عالية القوة معززة بأنابيب كربونية نانوية متعددة الجدران
Translated title (French)
Ingénierie assistée enphase liquide d'un composite SiC hautement résistant renforcé par des nanotubes de carbone à parois multiples
Translated title (Spanish)
Ingeniería asistida enfase líquida de compuesto de SiC altamente resistente reforzado con nanotubos de carbono de pared múltiple

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3089046792
DOI
10.1002/advs.202002225

Is supplement to
https://openalex.org/W3158766441 (Other)
https://openalex.org/W3146752240 (Other)
https://openalex.org/W2899384223 (Other)
https://openalex.org/W2521695813 (Other)
https://openalex.org/W2470504773 (Other)
https://openalex.org/W2378086236 (Other)
https://openalex.org/W2365145484 (Other)
https://openalex.org/W1991354250 (Other)
https://openalex.org/W1839750456 (Other)
https://openalex.org/W1494274803 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W148985919
  • https://openalex.org/W1632011285
  • https://openalex.org/W1969111324
  • https://openalex.org/W1969980202
  • https://openalex.org/W1977469385
  • https://openalex.org/W1977914652
  • https://openalex.org/W1979091940
  • https://openalex.org/W1984261480
  • https://openalex.org/W1995856926
  • https://openalex.org/W1998629145
  • https://openalex.org/W1999534647
  • https://openalex.org/W2008187130
  • https://openalex.org/W2008876595
  • https://openalex.org/W2009981624
  • https://openalex.org/W2011937017
  • https://openalex.org/W2017568564
  • https://openalex.org/W2017653664
  • https://openalex.org/W2032816751
  • https://openalex.org/W2036776230
  • https://openalex.org/W2044710314
  • https://openalex.org/W2047796171
  • https://openalex.org/W2049034687
  • https://openalex.org/W2057482425
  • https://openalex.org/W2077974754
  • https://openalex.org/W2078119700
  • https://openalex.org/W2091003367
  • https://openalex.org/W2096188874
  • https://openalex.org/W2101047394
  • https://openalex.org/W2103377275
  • https://openalex.org/W2106635697
  • https://openalex.org/W2115351548
  • https://openalex.org/W2118235804
  • https://openalex.org/W2126941247
  • https://openalex.org/W2133565104
  • https://openalex.org/W2133649736
  • https://openalex.org/W2212164609
  • https://openalex.org/W2466730528
  • https://openalex.org/W2574925586
  • https://openalex.org/W2606179619
  • https://openalex.org/W2609470407
  • https://openalex.org/W2783675322
  • https://openalex.org/W2897302818
  • https://openalex.org/W2914249150
  • https://openalex.org/W2921496433
  • https://openalex.org/W3020782711
  • https://openalex.org/W3022326811
  • https://openalex.org/W3089046792
  • https://openalex.org/W753804058