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¿Sabe cómo los materiales compuestos de SiC-SiC mantienen su resistencia y estabilidad a altas temperaturas? ¡Explore su estabilidad térmica!
Con la creciente demanda de aplicaciones de alta temperatura, los materiales compuestos de SiC-SiC, como material compuesto de matriz cerámica, han recibido cada vez más atención. Este material se utiliza habitualmente en aplicaciones como turbinas de gas y se considera una alternativa a las aleaciones metálicas tradicionales. Los compuestos de SiC-SiC están compuestos de fibras o partículas cerámicas incrustadas en una matriz cerámica. Los materiales compuestos a base de SiC (carburo de silicio) exhiben una excelente estabilidad térmica, mecánica y química y tienen una alta relación resistencia-peso.
Proceso
Existen tres métodos diferentes principales para fabricar compuestos de SiC-SiC, cada uno con diferentes variaciones según la estructura y las propiedades requeridas:
Infiltración de vapor químico (CVI): este método utiliza un precursor de SiC en fase gaseosa para hacer crecer fibras de SiC en una preforma, que luego se infiltra aún más con gas para lograr la densificación y formar una fase de matriz.
Infiltración y coquización de polímeros (PIP): este método crea una matriz de SiC mediante el uso de un polímero precerámico para infiltrar una preforma de fibra. Debido a que puede ocurrir contracción durante la conversión del polímero a cerámica, esto a menudo resulta en una porosidad residual del 10 al 20%.
Infiltración en fusión (MI): este método implica el uso de una suspensión de partículas de SiC dispersas para infiltrar una preforma de fibra, o primero recubrir con carbono la fibra de SiC con CVI y luego reaccionar con Si líquido para formar SiC. Aunque la porosidad residual suele ser menor con este método (aproximadamente 5%), no se pueden ignorar las consideraciones de reactividad química y viscosidad del fundido.
Propiedades
Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas de los compuestos de SiC-SiC varían según las fibras, la matriz y las fases que los componen. Por ejemplo, el tamaño, composición y disposición de las fibras afectan directamente a las propiedades de este material compuesto. El material generalmente muestra un comportamiento no quebradizo a pesar de ser completamente cerámico, lo que se atribuye principalmente a la interacción entre las microfisuras de la matriz y la desunión fibra-matriz.
Propiedades térmicas
Los compuestos de SiC-SiC tienen una conductividad térmica relativamente alta y pueden funcionar en entornos de alta temperatura. La conductividad térmica se ve afectada por la porosidad residual y las propiedades químicas del material, y los compuestos de SiC-SiC normalmente bien procesados pueden alcanzar conductividades térmicas de aproximadamente 30 W/m-K a 1000 °C (1830 °F).
Propiedades químicas
Dado que los compuestos de SiC-SiC se utilizan principalmente en aplicaciones de alta temperatura, su resistencia a la oxidación es crucial. A diferentes temperaturas, el mecanismo de oxidación también cambia. Por encima de los 1000°C, la oxidación crea una capa protectora de óxido que mejora las propiedades del material.
Aplicación
Aeroespacial
Los compuestos de matriz cerámica de SiC se utilizan ampliamente en el campo aeroespacial, especialmente en componentes de motores de turbinas y sistemas de protección térmica. Los CMC de SiC/SiC brillan en aplicaciones aeroespaciales debido a sus excelentes capacidades de alta temperatura, baja densidad y resistencia a la oxidación y la corrosión.
Los desafíos que enfrentará el desarrollo y la implementación de SiC/SiC CMC en el futuro son principalmente la falta de comprensión completa de las propiedades de los materiales cerámicos y sus mecanismos de envejecimiento. En este contexto, factores como defectos escapados, impurezas, porosidad y dureza de la superficie afectarán el comportamiento de fluencia y falla de las fibras de SiC.
Entonces, en el contexto del continuo avance de la ciencia y la tecnología, ¿cómo seguirán los materiales compuestos de SiC-SiC mejorando su rendimiento en futuras aplicaciones de alta temperatura y superando los desafíos actuales?
