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Você sabe como os materiais compósitos SiC-SiC mantêm a resistência e a estabilidade em altas temperaturas? Explore sua estabilidade térmica!
Com a crescente demanda por aplicações de alta temperatura, os materiais compósitos SiC-SiC, como material compósito de matriz cerâmica, têm recebido cada vez mais atenção. Este material é comumente utilizado em aplicações como turbinas a gás e é visto como uma alternativa às ligas metálicas tradicionais. Os compósitos SiC-SiC são compostos de fibras cerâmicas ou partículas incorporadas em uma matriz cerâmica. Materiais compósitos à base de SiC (carboneto de silício) apresentam excelente estabilidade térmica, mecânica e química e possuem alta relação resistência-peso.
Processo
Existem três métodos principais diferentes para a fabricação de compósitos SiC-SiC, cada um com diferentes variações dependendo da estrutura e propriedades necessárias:
Infiltração de Vapor Químico (CVI): Este método usa um precursor de SiC em fase gasosa para fazer crescer fibras de SiC em uma pré-forma, que é então posteriormente infiltrada com gás para atingir a densificação e formar uma fase de matriz.
Infiltração e coqueamento de polímero (PIP): Este método cria uma matriz de SiC usando um polímero pré-cerâmico para infiltrar uma pré-forma de fibra. Como pode ocorrer encolhimento durante a conversão do polímero em cerâmica, isso geralmente resulta em 10–20% de porosidade residual.
Infiltração por fusão (MI): Este método envolve o uso de uma pasta de partículas de SiC dispersa para infiltrar uma pré-forma de fibra, ou primeiro revestir a fibra de SiC com carbono com CVI e depois reagir com Si líquido para formar SiC. Embora a porosidade residual seja normalmente menor com este método (aproximadamente 5%), as considerações de reatividade química e viscosidade de fusão não podem ser ignoradas.
Propriedades
Propriedades mecânicas
As propriedades mecânicas dos compósitos SiC-SiC variam dependendo das fibras, matriz e fases que os compõem. Por exemplo, o tamanho, a composição e a disposição das fibras afetam diretamente as propriedades deste material compósito. O material geralmente apresenta comportamento não frágil apesar de ser totalmente cerâmico, o que é atribuído principalmente à interação entre microfissuras da matriz e descolamento fibra-matriz.
Propriedades Térmicas
Os compósitos SiC-SiC têm condutividade térmica relativamente alta e podem operar em ambientes de alta temperatura. A condutividade térmica é afetada pela porosidade residual e pelas propriedades químicas do material, e normalmente os compósitos SiC-SiC bem processados podem atingir condutividades térmicas de aproximadamente 30 W/m-K a 1000°C (1830°F).
Propriedades químicas
Como os compósitos SiC-SiC são usados principalmente em aplicações de alta temperatura, sua resistência à oxidação é crucial. Com diferentes temperaturas, o mecanismo de oxidação também muda. Na faixa acima de 1000°C, a oxidação cria uma camada protetora de óxido que melhora as propriedades do material.
Aplicativo
Aeroespacial
Os compósitos de matriz cerâmica de SiC são amplamente utilizados no campo aeroespacial, especialmente em componentes de motores de turbinas e sistemas de proteção térmica. Os CMCs SiC/SiC brilham em aplicações aeroespaciais devido às suas excelentes capacidades de alta temperatura, baixa densidade e resistência à oxidação e corrosão.
Os desafios enfrentados pelo desenvolvimento e implementação de CMCs SiC/SiC no futuro são principalmente a falta de compreensão completa das propriedades dos materiais cerâmicos e seus mecanismos de envelhecimento. Neste contexto, fatores como defeitos escapados, impurezas, porosidade e tenacidade superficial afetarão o comportamento de fluência e falha das fibras de SiC.
Então, no contexto do avanço contínuo da ciência e da tecnologia, como os materiais compósitos SiC-SiC continuarão a melhorar seu desempenho em futuras aplicações de alta temperatura e a superar os desafios atuais?
