Language
Country/Area
No result found
Знаете ли вы, как композитные материалы SiC–SiC сохраняют прочность и стабильность при высоких температурах? Исследуйте их термическую стабильность!
С ростом спроса на высокотемпературные применения композитные материалы SiC-SiC, такие как композитный материал с керамической матрицей, привлекают все больше и больше внимания. Этот материал обычно используется в таких устройствах, как газовые турбины, и рассматривается как альтернатива традиционным металлическим сплавам. Композиты SiC–SiC состоят из керамических волокон или частиц, внедренных в керамическую матрицу. Композиционные материалы на основе SiC (карбида кремния) обладают превосходной термической, механической и химической стабильностью и имеют высокое соотношение прочности и веса.
Процесс
Существует три основных метода изготовления композитов SiC–SiC, каждый из которых претерпевает различные вариации в зависимости от требуемой структуры и свойств:
<ул>Химическая паровая инфильтрация (CVI): в этом методе используется газофазный предшественник SiC для выращивания волокон SiC в заготовке, которая затем дополнительно пропитывается газом для достижения уплотнения и формирования матричной фазы.
Пропитка и коксование полимера (PIP): этот метод создает матрицу SiC путем пропитки волокнистой заготовки прекерамическим полимером. Поскольку во время превращения полимера в керамику может произойти усадка, это часто приводит к остаточной пористости на 10–20%.
Инфильтрация расплавом (MI): Этот метод включает использование дисперсной суспензии частиц SiC для пропитки заготовки волокна или сначала нанесение углеродного покрытия на волокно SiC с помощью CVI, а затем реакцию с жидким Si с образованием SiC. Хотя остаточная пористость при использовании этого метода обычно ниже (приблизительно 5%), нельзя игнорировать соображения химической реакционной способности и вязкости расплава.
Свойства
Механические свойства
Механические свойства композитов SiC–SiC изменяются в зависимости от волокон, матрицы и фаз их состава. Например, размер, состав и расположение волокон напрямую влияют на свойства этого композиционного материала. Материал, как правило, демонстрирует нехрупкое поведение, несмотря на то, что он полностью керамический, что в основном объясняется взаимодействием микротрещин матрицы и разрывом связи волокна с матрицей.
Термические свойства
Композиты SiC–SiC обладают относительно высокой теплопроводностью и могут работать в высокотемпературных средах. На теплопроводность влияют остаточная пористость и химические свойства материала, и обычно хорошо обработанные композиты SiC-SiC могут достигать теплопроводности примерно 30 Вт/м-К при 1000 ° C (1830 ° F).
Химические свойства
Поскольку композиты SiC–SiC в основном используются в высокотемпературных приложениях, их стойкость к окислению имеет решающее значение. При различных температурах меняется и механизм окисления. В диапазоне выше 1000°C окисление создает защитный оксидный слой, улучшающий свойства материала.
Приложение
Аэрокосмическая отрасль
Композиты с керамической матрицей SiC широко используются в аэрокосмической области, особенно в компонентах газотурбинных двигателей и системах тепловой защиты. КМЦ SiC/SiC прекрасно подходят для применения в аэрокосмической отрасли благодаря своим превосходным характеристикам при высоких температурах, низкой плотности и устойчивости к окислению и коррозии.
Проблемы, стоящие перед разработкой и внедрением SiC/SiC CMC в будущем, заключаются в основном в отсутствии полного понимания свойств керамических материалов и механизмов их старения. В этом контексте такие факторы, как возникшие дефекты, примеси, пористость и вязкость поверхности, будут влиять на ползучесть и разрушение волокон SiC.
Итак, на фоне постоянного развития науки и технологий, как композитные материалы SiC-SiC будут продолжать улучшать свои характеристики в будущих высокотемпературных приложениях и преодолевать текущие проблемы?
