Vantagens da fibra de carboneto de silício

A fibra de carboneto de silício é um material cerâmico de elevado desempenho com inúmeras vantagens, incluindo resistência à oxidação a alta temperatura, dureza, força e baixa densidade. Além disso, possui excelentes propriedades de resistência à corrosão e estabilidade térmica.

A COVID-19 teve um impacto negativo na procura e nas cadeias de abastecimento de muitas indústrias, conduzindo a abrandamentos da produção entre os fabricantes do sector aeroespacial e da defesa.

Resistência a altas temperaturas

As fibras de carboneto de silício destacam-se como uma escolha excecional para compósitos de matriz metálica e cerâmica devido à sua extrema resistência a altas temperaturas, graças à sua excecional força de fratura e resistência à oxidação, permitindo-lhes permanecer intactas a temperaturas superiores a 1000 F (540degF). A sua estabilidade reside no seu baixo teor de oxigénio que garante a estabilidade a altas temperaturas ao longo do tempo.

Este material constitui uma alternativa leve, mas de elevado desempenho, às superligas à base de níquel, oferecendo uma força, resistência ao calor e inércia química semelhantes, sendo simultaneamente mais leve e mais durável. Além disso, a sua natureza quimicamente inerte significa que resiste à corrosão e aos danos químicos.

Foi criado um processo de fabrico inovador para produzir fibra de carboneto de silício resistente a altas temperaturas. Utilizando silano de baixo peso molecular (LPS) como matéria-prima e reagindo-o com um composto orgânico que contém elementos de densificação para produzir policarbosilano contendo AL e Y (PACS e PYCS), fibras contínuas que são depois fiadas utilizando a tecnologia de fiação por fusão antes de serem sinterizadas para formar fibra de SiC resistente a altas temperaturas.

Alta resistência

A fibra de carboneto de silício é um material forte capaz de suportar temperaturas extremas. Graças à sua composição estequiométrica e à microestrutura policristalina, a sua composição confere uma elevada resistência à tração, enquanto a sua dureza e resistência química o tornam adequado para processos de endurecimento de metais, bem como para aplicações de têmpera de óleo em operações de têmpera de metais. Além disso, o carboneto de silício pode suportar ambientes de alta pressão - o que o torna uma excelente opção para vedantes de bombas de óleo, bem como para outros produtos mecânicos que operam nestas circunstâncias.

Espera-se que o aumento da produção aeroespacial e militar, o aumento do financiamento da NASA e outros factores conduzam a um aumento da procura norte-americana de fibra de carboneto de silício, utilizada em discos de travão de cerâmica para carros desportivos, bem como em coletes à prova de bala.

O Centro de Investigação Glenn da NASA desenvolveu um processo de micro-ondas para produzir fios de SiC mais resistentes, ajudando os fabricantes a reduzir os requisitos de energia, as temperaturas de processamento e os tempos de processamento, bem como a curar fios de SiC danificados ou de baixa qualidade para um melhor desempenho. Além disso, este processo inovador poupa custos de mão de obra e aumenta o rendimento do SiC utilizável.

Estabilidade a altas temperaturas

As fibras de carboneto de silício são conhecidas por serem materiais extremamente resistentes e duráveis, com excelente condutividade térmica e resistência à expansão térmica, sendo resistentes à corrosão, com elevado módulo de resistência e com baixas taxas de expansão térmica e propriedades de resistência - qualidades que as tornam adequadas para processos de arrefecimento de óleo no endurecimento de metais, bem como para utilização em materiais resistentes à abrasão ou em compósitos de matriz cerâmica.

Crescimento do mercado de fibra de carboneto de silício O mercado de fibra de carboneto de silício contínuo está a expandir-se rapidamente devido à procura de componentes leves por parte da indústria aeroespacial e de defesa. Devido à sua resistência superior à oxidação e pureza química, a fibra de carboneto de silício contínua pode ser encontrada em inúmeras aplicações; enquanto as fibras de carboneto de silício tecidas podem até ser adequadas para aplicações de alta temperatura, como reactores nucleares ou fornos metalúrgicos.

O SEM foi utilizado para examinar a morfologia da superfície das fibras de SiC-9 e SiC-14 preparadas e produzidas no nosso laboratório. O teor de oxigénio nestas amostras era de apenas 0,07% em peso - significativamente abaixo da sua relação estequiométrica de SiC. A estabilidade térmica foi excelente, sem alterações detectáveis, mesmo durante tratamentos térmicos prolongados.

Resistência à corrosão

As fibras de carboneto de silício são um material cerâmico avançado com propriedades térmicas, químicas e mecânicas superiores. A sua capacidade de suportar temperaturas elevadas torna-as adequadas para aplicações em que outros materiais se degradariam ou falhariam rapidamente; enquanto a sua resistência à fluência, resistência à oxidação, resistência à fadiga e resistência à fluência tornam-nas materiais adequados para aplicações de equipamento aeroespacial e militar.

A resistência à corrosão das fibras de SiC resulta da sua baixa densidade de poros e elevada área de superfície específica, conseguidas através de um processo de infiltração-pirólise. O policarbosilano das moléculas precursoras entra nos poros para formar carboneto de silício secundário, o que reduz o tamanho dos poros; as amostras verdes fabricadas através deste passo são depois submetidas a múltiplos ciclos de infiltração-pirólise, o que aumenta a sua densidade ao mesmo tempo que diminui a porosidade.

A pandemia de COVID-19 causou estragos nas cadeias de oferta e procura de várias indústrias. Numerosas fábricas fecharam, enquanto as companhias aéreas e as indústrias de defesa enfrentam dificuldades de funcionamento devido a restrições de viagem e de carga.