Fibras de carbeto de silício usadas no reforço de materiais compostos

A fibra de carbeto de silício é um tipo de material cerâmico de alto desempenho que tem o carbono e o silício como componentes principais. Morfologicamente, ela é dividida em fibra de carboneto de silício contínua e whisker, e tem as vantagens de resistência à oxidação em alta temperatura, alta dureza, alta resistência, alta estabilidade térmica, resistência à corrosão e baixa densidade.

Em comparação com a fibra de carbono, a fibra de carbeto de silício pode manter um bom desempenho em condições extremas. Devido ao seu bom desempenho, ela tem atraído muita atenção nos campos de alta tecnologia, como aeroespacial, armas e equipamentos militares, e é comumente usada como material resistente a altas temperaturas e material de reforço. Além disso, com o desenvolvimento da tecnologia de preparação, a aplicação da fibra de carbeto de silício é gradualmente estendida a equipamentos esportivos avançados, coleta de poeira de gás residual de automóveis e outros aspectos industriais civis.

Compostos de matriz de carbeto de silício

Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, foram apresentadas exigências maiores para o desempenho de materiais de alta temperatura nos campos aeroespacial, de armas militares e de equipamentos. Os materiais de alta temperatura devem ter alta resistência, alto módulo, boa resistência à corrosão química, resistência à fluência, resistência à oxidação, resistência à fadiga e outras propriedades superiores no ambiente de alta temperatura. A fibra de carbeto de silício tem boas propriedades nesses aspectos, bem como boa compatibilidade com cerâmica e matriz metálica, por isso atraiu a atenção nesses campos e é usada para fortalecer materiais compostos.

* Compósito de matriz cerâmica

O composto de matriz cerâmica refere-se ao material composto formado pela introdução de material de reforço na matriz cerâmica, com o material de reforço introduzido como fase dispersa e a matriz cerâmica como fase contínua. Atualmente, o método CVD e o método de conversão de fibra de carbono ativado são usados principalmente para preparar compósitos de matriz cerâmica reforçados com carbeto de silício.

No campo aeroespacial, os compósitos de matriz cerâmica são usados principalmente em componentes de extremidade quente do motor, incluindo peças do bocal da cauda, câmara de combustão, pós-combustor, anel externo da turbina, palheta guia, lâmina do rotor etc. Esses componentes exigem alto desempenho de materiais de alta temperatura.

* Compósito de matriz metálica

Os compostos de matriz metálica têm as propriedades de materiais metálicos e não metálicos. Em comparação com os materiais individuais, eles têm melhores propriedades mecânicas e físicas, como resistência à abrasão, tenacidade, expansão térmica e condutividade elétrica.

Os compostos de matriz metálica reforçados por fibras de carbeto de silício têm melhor desempenho em termos de força específica, rigidez específica, coeficiente de expansão térmica, condutividade térmica e resistência ao desgaste, e são fáceis de produzir compostos de matriz metálica qualificados. Além disso, em comparação com a fibra de boro, seu custo de produção é menor e ela tem uma ampla perspectiva de aplicação nos setores civis, como aeroespacial, armas e equipamentos militares, equipamentos esportivos e automóveis.

Os métodos comuns de preparação de compósitos de matriz metálica incluem metalurgia do pó, tecnologia de deposição por pulverização, método de fundição, método de recombinação ultrassônica de alta energia, método de recombinação in situ etc., e o método de metalurgia do pó foi usado pela primeira vez. Devido às diferenças nos princípios e processos tecnológicos, as propriedades dos compostos produzidos por esses métodos de preparação são diferentes, e cada método tem alguns defeitos. Por exemplo, a tecnologia de deposição por pulverização tem um ciclo de preparação curto e alta eficiência de produção, mas também tem desvantagens, como equipamentos caros, alta porosidade e grande perda de matérias-primas.

Os compósitos comuns de matriz metálica de carbeto de silício incluem compósitos de matriz de alumínio reforçado com carbeto de silício, compósitos de matriz de titânio reforçado com carbeto de silício, compósitos de matriz de magnésio reforçado com carbeto de silício, compósitos de matriz de cobre reforçado com carbeto de silício etc., e há muitas pesquisas sobre compósitos de matriz de alumínio e matriz de titânio reforçado com carbeto de silício.

Após décadas de pesquisa e desenvolvimento, os métodos de preparação e as propriedades das fibras de carbeto de silício foram bastante aprimorados. Entre eles, a tecnologia de preparação do método de conversão de precursores é relativamente madura, e o método de conversão de fibra de carbono ativado é uma importante direção de pesquisa para realizar a produção industrial de fibra de carbeto de silício. Além disso, a aplicação de matriz cerâmica reforçada com fibra de carbeto de silício e compósitos de matriz metálica tem se expandido gradualmente dos campos aeroespacial e militar para os campos industriais civis.