Трещиностойкость материала для авиастроения увеличена в 1,5 раза.

Ученые НИТУ «МИСиС» нашли способ повысить предел прочности на разрыв карбида кремния - перспективного конструкционного материала для изготовления огнеупорных деталей в 1,5 раза. Эти результаты были достигнуты благодаря образованию в структуре армирующих нановолокон. В перспективе технология расширит область применения карбида кремния как конструкционного и тугоплавкого материала, в том числе для авиастроения. Статья о разработке опубликована в Ceramics International .

По состоянию на 2019 мировой рынок карбида кремния оценивается в 2580000000. Долларов США, и, по прогнозам, он будет расти на 16% ежегодно. Карбид кремния в природе практически не встречается, поэтому перспективный материал искусственно синтезируется.

Карбид кремния все чаще используется в различных отраслях промышленности как полупроводник, строительный материал, абразивный и огнеупорный материал. Например, использование его в производстве лопаток турбин и деталей для двигателей внутреннего сгорания значительно увеличивает рабочую температуру двигателей и значительно увеличило бы их свойства: мощность, тягу, эффективность, экологичность и тому подобное. Кроме того, используется карбид кремния керамика, для производства которой используется полевой шпат и кварцевый песок, он может успешно заменить детали, изготовленные из сплавов, содержащих редкий кобальт, никель и хром, используемые в конструкции двигателей.

Ключевая проблема керамики из карбида кремния заключается в том, что она хорошо работает при сжатии, но очень чувствительна к дефектов конструкции и, следовательно, часто имеет низкую прочность на разрыв и изгиб, а также низкую прочность на разрыв. растрескиванию.

Ученые НИТУ «МИСиС» нашли способ улучшить спекаемость и повысить прочность на изгиб и излом керамики карбида кремния за счет формирования в ней армирующих нановолокон с использованием технологии самодельного высокотемпературного синтеза (СВС). воспроизвести. Синтез проводился в несколько этапов. Сначала порошки кремния, углерода, тантала и тефлона смешивали в планетарной мельнице, затем полученную смесь сжигали в реакторе. Именно в процессе горения образовывались нановолокна. Заключительный этап - спекание продукта в вакуумной печи.

«Благодаря комбинированному добавлению тантала и тефлона мы смогли синтезировать материал с матрицей из карбида кремния, усиленной нановолокнами из карбида кремния. Эти нановолокна активируют спекание керамики и повышают прочностные свойства спеченного материала, поскольку они действуют как барьер для распространения трещин », - говорит Степан Воротило , автор статьи, доктор философии.

Формирование нановолокон позволило значительно снизить требуемые температуры и сохранить их при вакуумном спекании - от длительного хранения при 1800-2000 ° C до 1 часа при 1450 ° C.

Кроме того, ученые планируют продолжить работу над повышением ударной вязкости и прочности материала. Сочетание хороших механических свойств и экономической эффективности производственного процесса расширит сферу применения карбида кремния как конструкционного и тугоплавкого материала.