Fibras de carburo de silicio utilizadas en el refuerzo de materiales compuestos

La fibra de carburo de silicio es un tipo de material cerámico de alto rendimiento cuyos componentes principales son el carbono y el silicio. Morfológicamente, se divide en whisker y fibra continua de carburo de silicio, y tiene las ventajas de resistencia a la oxidación a alta temperatura, alta dureza, alta resistencia, alta estabilidad térmica, resistencia a la corrosión, y baja densidad.

En comparación con la fibra de carbono, la fibra de carburo de silicio puede mantener un buen rendimiento en condiciones extremas. Debido a su buen rendimiento, ha atraído mucha atención en campos de alta tecnología como el aeroespacial, armas y equipos militares, y se utiliza comúnmente como material resistente a altas temperaturas y material de refuerzo. Además, con el desarrollo de la tecnología de preparación, la aplicación de la fibra de carburo de silicio se extiende gradualmente a los equipos deportivos avanzados, la recogida de polvo de gases residuales de automóviles y otros aspectos industriales civiles.

Compuestos de matriz de carburo de silicio

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, se han planteado requisitos más exigentes para el rendimiento de los materiales de alta temperatura en los campos aeroespacial, armamento militar y equipamiento. Los materiales de alta temperatura deben tener alta resistencia, alto módulo, buena resistencia a la corrosión química, resistencia a la fluencia, resistencia a la oxidación y resistencia a la fatiga y otras propiedades superiores en el entorno de alta temperatura. La fibra de carburo de silicio tiene buenas propiedades en estos aspectos, así como una buena compatibilidad con la cerámica y la matriz metálica, por lo que ha atraído la atención en estos campos y se utiliza para reforzar los materiales compuestos.

* Material compuesto de matriz cerámica

El material compuesto de matriz cerámica se refiere al material compuesto formado por la introducción de material de refuerzo en la matriz cerámica con el material de refuerzo introducido como fase dispersa y la matriz cerámica como fase continua. En la actualidad, el método CVD y el método de conversión de fibra de carbono activado se utilizan principalmente para preparar materiales compuestos de matriz cerámica reforzados con carburo de silicio.

En el campo aeroespacial, los materiales compuestos de matriz cerámica se utilizan principalmente en los componentes del extremo caliente del motor, incluidas las piezas de la tobera de cola, la cámara de combustión, el postquemador, el anillo exterior de la turbina, el álabe guía, la pala del rotor, etcétera. Estos componentes requieren un alto rendimiento de materiales de alta temperatura.

* Materiales compuestos de matriz metálica

Los materiales compuestos de matriz metálica tienen propiedades tanto de materiales metálicos como de materiales no metálicos. En comparación con los materiales simples, tienen mejores propiedades mecánicas y físicas, como la resistencia a la abrasión, la tenacidad, la expansión térmica y la conductividad eléctrica.

Los compuestos de matriz metálica reforzados con fibras de carburo de silicio tienen un mejor rendimiento en términos de resistencia específica, rigidez específica, coeficiente de expansión térmica, conductividad térmica y resistencia al desgaste, y son fáciles de producir compuestos de matriz metálica cualificados. Además, en comparación con la fibra de boro, su coste de producción es inferior, y tiene una amplia perspectiva de aplicación en industrias civiles como la aeroespacial, armas y equipos militares, equipos deportivos y automóviles.

Los métodos comunes de preparación de compuestos de matriz metálica incluyen la pulvimetalurgia, la tecnología de deposición por pulverización, el método de fundición, el método de recombinación ultrasónica de alta energía, el método de recombinación in situ, etc., y el método de pulvimetalurgia fue el primero en utilizarse. Debido a las diferencias en los principios y procesos tecnológicos, las propiedades de los materiales compuestos producidos por estos métodos de preparación son diferentes, y cada método tiene algunos defectos. Por ejemplo, la tecnología de deposición por pulverización tiene un ciclo de preparación corto y una alta eficiencia de producción, pero también tiene desventajas como equipos caros, alta porosidad y gran pérdida de materias primas.

Los compuestos de matriz metálica de carburo de silicio comunes incluyen compuestos de matriz de aluminio reforzados con carburo de silicio, compuestos de matriz de titanio reforzados con carburo de silicio, compuestos de matriz de magnesio reforzados con carburo de silicio, compuestos de matriz de cobre reforzados con carburo de silicio, etc., y hay muchas investigaciones sobre los compuestos de matriz de titanio y matriz de aluminio reforzados con carburo de silicio.

Tras décadas de investigación y desarrollo, los métodos de preparación y las propiedades de las fibras de carburo de silicio se han mejorado enormemente. Entre ellos, la tecnología de preparación del método de conversión del precursor está relativamente madura, y el método de conversión de la fibra de carbono activado es una dirección de investigación importante para realizar la producción industrial de la fibra de carburo de silicio. Además, la aplicación de la matriz cerámica reforzada con fibra de carburo de silicio y los compuestos de matriz metálica se ha ampliado gradualmente de los campos aeroespacial y militar a los campos industriales civiles.