Волокна карбида кремния, используемые для армирования композитных материалов

Волокно из карбида кремния - это вид высокоэффективного керамического материала, основными компонентами которого являются углерод и кремний. По морфологии оно подразделяется на вискерное и непрерывное карбидокремниевое волокно и обладает такими преимуществами, как устойчивость к высокотемпературному окислению, высокая твердость, высокая прочность, высокая термическая стабильность, коррозионная стойкость и низкая плотность.

По сравнению с углеродным волокном, волокно из карбида кремния может сохранять хорошие эксплуатационные характеристики в экстремальных условиях. Благодаря своим хорошим характеристикам оно привлекло большое внимание в таких высокотехнологичных областях, как аэрокосмическая промышленность, военное оружие и оборудование, и широко используется в качестве высокотемпературного стойкого материала и армирующего материала. Кроме того, с развитием технологии подготовки, применение волокна карбида кремния постепенно распространяется на передовое спортивное оборудование, автомобильные пылеуловители отработанных газов и другие гражданские промышленные аспекты.

Матричные композиты на основе карбида кремния

С развитием науки и техники к высокотемпературным материалам в аэрокосмической промышленности, военном вооружении и оборудовании предъявляются повышенные требования. Высокотемпературные материалы должны обладать высокой прочностью, высоким модулем упругости, хорошей химической коррозионной стойкостью, сопротивлением ползучести, окислению, усталостной прочностью и другими превосходными свойствами в условиях высоких температур. Волокно карбида кремния обладает хорошими свойствами в этих аспектах, а также хорошей совместимостью с керамикой и металлической матрицей, поэтому оно привлекло внимание в этих областях и используется для укрепления композиционных материалов.

* Керамический матричный композит

Керамический матричный композит относится к композитному материалу, образованному путем введения армирующего материала в керамическую матрицу с введенным армирующим материалом в качестве дисперсной фазы и керамической матрицей в качестве непрерывной фазы. В настоящее время для получения керамических матричных композитов, армированных карбидом кремния, в основном используются метод CVD и метод преобразования активированного углеродного волокна.

В аэрокосмической отрасли керамические матричные композиты в основном используются в компонентах горячей части двигателя, включая детали хвостового сопла, камеру сгорания, форсажную камеру, внешнее кольцо турбины, направляющие лопатки, лопасти ротора и так далее. Эти компоненты требуют высокой производительности высокотемпературных материалов.

* Металломатричный композит

Металлические матричные композиты обладают свойствами как металлических, так и неметаллических материалов. По сравнению с отдельными материалами они обладают лучшими механическими и физическими свойствами, такими как износостойкость, вязкость, тепловое расширение и электропроводность.

Металломатричные композиты, армированные волокнами карбида кремния, имеют лучшие показатели по удельной прочности, удельной жесткости, коэффициенту теплового расширения, теплопроводности и износостойкости, а также просты в производстве квалифицированных металломатричных композитов. Кроме того, по сравнению с борным волокном, стоимость его производства ниже, и он имеет широкие перспективы применения в гражданских отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая, военное оружие и оборудование, спортивное оборудование и автомобили.

К распространенным методам получения металломатричных композитов относятся порошковая металлургия, технология напыления, метод литья, метод высокоэнергетической ультразвуковой рекомбинации, метод рекомбинации in situ и т.д., причем впервые был использован метод порошковой металлургии. Из-за различий в технологических принципах и процессах свойства композитов, полученных этими методами, отличаются, и каждый метод имеет некоторые недостатки. Например, технология распылительного осаждения имеет короткий цикл подготовки и высокую эффективность производства, однако ей также присущи такие недостатки, как дорогостоящее оборудование, высокая пористость и большие потери сырья.

К распространенным металломатричным композитам на основе карбида кремния относятся композиты на основе алюминиевой матрицы, армированные карбидом кремния, композиты на основе титановой матрицы, композиты на основе магниевой матрицы, армированные карбидом кремния, композиты на основе медной матрицы и т.д., и существует множество исследований по композитам на основе титановой матрицы и алюминиевой матрицы, армированным карбидом кремния.

После десятилетий исследований и разработок методы подготовки и свойства волокон карбида кремния были значительно улучшены. Среди них технология подготовки метода преобразования прекурсоров является относительно зрелой, а метод преобразования активированного углеродного волокна является важным направлением исследований для реализации промышленного производства карбидокремниевого волокна. Кроме того, применение армированных волокнами карбида кремния керамических матриц и металломатричных композитов постепенно расширяется от аэрокосмической и военной областей до гражданских промышленных областей.