Fibre di carburo di silicio utilizzate per il rinforzo dei materiali compositi

La fibra di carburo di silicio è un tipo di materiale ceramico ad alte prestazioni con carbonio e silicio come componenti principali. Dal punto di vista morfologico, si divide in fibra di carburo di silicio a baffo e in fibra di carburo di silicio continua e presenta i vantaggi della resistenza all'ossidazione ad alta temperatura, dell'elevata durezza, dell'alta resistenza, dell'elevata stabilità termica, della resistenza alla corrosione e della bassa densità.

Rispetto alla fibra di carbonio, la fibra di carburo di silicio può mantenere buone prestazioni in condizioni estreme. Grazie alle sue buone prestazioni, ha attirato molta attenzione in settori high-tech come l'aerospaziale, le armi e le attrezzature militari ed è comunemente utilizzata come materiale resistente alle alte temperature e come materiale di rinforzo. Inoltre, con lo sviluppo della tecnologia di preparazione, l'applicazione della fibra di carburo di silicio si è gradualmente estesa alle attrezzature sportive avanzate, alla raccolta delle polveri dei gas di scarico delle automobili e ad altri aspetti industriali civili.

Compositi a matrice di carburo di silicio

Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, sono stati posti requisiti più elevati per le prestazioni dei materiali ad alta temperatura nei settori dell'aerospazio, delle armi e delle attrezzature militari. I materiali per alte temperature devono avere alta resistenza, alto modulo, buona resistenza alla corrosione chimica, resistenza al creep, all'ossidazione e alla fatica e altre proprietà superiori nell'ambiente ad alta temperatura. La fibra di carburo di silicio ha buone proprietà sotto questi aspetti, oltre a una buona compatibilità con la ceramica e la matrice metallica, per cui ha attirato l'attenzione in questi campi e viene utilizzata per rafforzare i materiali compositi.

* Composito a matrice ceramica

Il composito a matrice ceramica si riferisce al materiale composito formato dall'introduzione di materiale di rinforzo nella matrice ceramica, con il materiale di rinforzo introdotto come fase dispersa e la matrice ceramica come fase continua. Attualmente, per preparare i compositi a matrice ceramica rinforzati con carburo di silicio si utilizzano principalmente il metodo CVD e il metodo di conversione in fibra di carbonio attivo.

Nel settore aerospaziale, i compositi a matrice ceramica sono utilizzati principalmente nei componenti hot end dei motori, tra cui le parti dell'ugello di coda, la camera di combustione, il postcombustore, l'anello esterno della turbina, la paletta di guida, la pala del rotore e così via. Questi componenti richiedono elevate prestazioni dei materiali ad alta temperatura.

* Compositi a matrice metallica

I compositi a matrice metallica possiedono sia le proprietà dei materiali metallici sia quelle dei materiali non metallici. Rispetto ai singoli materiali, presentano migliori proprietà meccaniche e fisiche, come la resistenza all'abrasione, la tenacità, l'espansione termica e la conducibilità elettrica.

I compositi a matrice metallica rinforzati con fibre di carburo di silicio hanno prestazioni migliori in termini di resistenza specifica, rigidità specifica, coefficiente di espansione termica, conduttività termica e resistenza all'usura e sono facili da produrre compositi a matrice metallica qualificati. Inoltre, rispetto alla fibra di boro, il suo costo di produzione è inferiore e ha un'ampia prospettiva di applicazione in settori civili come l'aerospaziale, le armi e le attrezzature militari, le attrezzature sportive e le automobili.

I comuni metodi di preparazione dei compositi a matrice metallica includono la metallurgia delle polveri, la tecnologia di deposizione a spruzzo, il metodo di fusione, il metodo di ricombinazione ad ultrasuoni ad alta energia, il metodo di ricombinazione in situ, ecc. A causa delle differenze nei principi tecnologici e nei processi, le proprietà dei compositi prodotti con questi metodi di preparazione sono diverse e ogni metodo presenta alcuni difetti. Ad esempio, la tecnologia di deposizione a spruzzo ha un ciclo di preparazione breve e un'elevata efficienza produttiva, ma presenta anche svantaggi quali attrezzature costose, elevata porosità e grandi perdite di materie prime.

I comuni compositi a matrice metallica di carburo di silicio includono compositi a matrice di alluminio rinforzati con carburo di silicio, compositi a matrice di titanio rinforzati con carburo di silicio, compositi a matrice di magnesio rinforzati con carburo di silicio, compositi a matrice di rame rinforzati con carburo di silicio, ecc.

Dopo decenni di ricerca e sviluppo, i metodi di preparazione e le proprietà delle fibre di carburo di silicio sono stati notevolmente migliorati. Tra questi, la tecnologia di preparazione del metodo di conversione dei precursori è relativamente matura e il metodo di conversione delle fibre di carbone attivo è un'importante direzione di ricerca per realizzare la produzione industriale di fibre di carburo di silicio. Inoltre, l'applicazione dei compositi a matrice ceramica e a matrice metallica rinforzati con fibre di carburo di silicio si è gradualmente estesa dal settore aerospaziale e militare a quello industriale civile.