Wetenschappers van NUST MISIS hebben een manier gevonden om de breuktaaiheid van siliciumcarbide te vergroten, een veelbelovend constructiemateriaal voor de productie van vuurvaste onderdelen, met 1,5 keer. Deze resultaten werden bereikt door de vorming van versterkende nanovezels in de structuur. In de toekomst, de technologie zal de reikwijdte van de toepassing van siliciumcarbide als structureel en vuurvast materiaal uitbreiden, ook voor de vliegtuigbouw. Artikelen over de ontwikkeling zijn gepubliceerd in Keramiek Internationaal en Materialen .

De wereldwijde siliciumcarbidemarkt wordt vanaf 2019 geschat op $ 2,58 miljard en zal naar verwachting met 16% per jaar groeien. Siliciumcarbide wordt zelden in de natuur aangetroffen; daarom, dit veelbelovende materiaal wordt kunstmatig gesynthetiseerd.

Siliciumcarbide wordt in verschillende industrieën steeds meer gebruikt als halfgeleider, bouwmateriaal, schurend en vuurvast materiaal. Bijvoorbeeld, het gebruik ervan voor de vervaardiging van turbinebladen en onderdelen voor verbrandingsmotoren zou de bedrijfstemperaturen in motoren aanzienlijk verhogen en hun kenmerken aanzienlijk verhogen:vermogen, trekkracht, efficiëntie, milieu vriendelijkheid, enz. Ook siliciumcarbide-keramiek geproduceerd uit goedkoop veldspaat en kwartszand kan met succes onderdelen vervangen van legeringen die schaars kobalt bevatten, nikkel, en chroom, die in de motortechniek worden gebruikt.

Het belangrijkste probleem van siliciumcarbide keramiek is dat het goed werkt bij compressie, maar is zeer gevoelig voor structurele defecten en heeft daarom vaak lage trek- en buigsterkten, evenals een lage scheurweerstand.

Wetenschappers van NUST MISIS hebben een manier gevonden om het sintervermogen te verbeteren en de buigsterkte en breuktaaiheid van siliciumcarbidekeramiek te vergroten door er versterkende nanovezels in te vormen met behulp van de technologie van zichzelf voortplantende synthese bij hoge temperatuur. De synthese werd in verschillende fasen uitgevoerd. Eerst, poeders van silicium, koolstof, tantaal en PTFE werden gemengd in een planetaire molen, vervolgens werd het resulterende mengsel in een reactor verbrand. Nanovezels gevormd tijdens het verbrandingsproces. In de laatste fase, het product werd gesinterd in een vacuümoven.

"Dankzij het effect van de gecombineerde toevoeging van tantaal en PTFE, we waren in staat om een ​​materiaal te synthetiseren met een siliciumcarbidematrix versterkt met siliciumcarbide-nanovezels. Deze nanovezels activeren het sinteren van het keramiek en verhogen de sterkte-eigenschappen van het gesinterde materiaal, aangezien ze dienen als een barrière tegen breukvoortplanting, " zegt de hoofdauteur, Dr. Stepan Vorotilo van het SHS-centrum in NUST MISIS.

Nanovezels verlaagden de vereiste sintertemperatuur en -duur van meerdere uren bij 1800-2000°C tot 60 minuten bij 1450°C.

De wetenschappers zijn van plan door te gaan met het verbeteren van de breuktaaiheid en sterkte van het materiaal. De combinatie van goede mechanische eigenschappen en kosteneffectiviteit van het productieproces zal de reikwijdte van siliciumcarbidetoepassing als structureel en vuurvast materiaal uitbreiden.