Vantagens da fibra de carbeto de silício

A fibra de carboneto de silício é um material cerâmico de alto desempenho com inúmeras vantagens, incluindo resistência à oxidação em altas temperaturas, dureza, resistência mecânica e baixa densidade. Além disso, apresenta excelentes propriedades de resistência à corrosão e estabilidade térmica.

A COVID-19 teve um impacto negativo nas cadeias de demanda e abastecimento de muitos setores, levando a uma desaceleração da produção entre os fabricantes dos setores aeroespacial e de defesa.

Resistência a altas temperaturas

As fibras de carboneto de silício se destacam como uma opção excepcional para compósitos com matriz metálica e cerâmica devido à sua extrema resistência a altas temperaturas, graças à sua excepcional resistência à fratura e à oxidação, o que lhes permite permanecer intactas em temperaturas superiores a 1.000 F (540 °F). Sua estabilidade reside no baixo teor de oxigênio, o que garante a estabilidade em altas temperaturas ao longo do tempo.

Esse material oferece uma alternativa leve, porém de alto desempenho, às superligas à base de níquel, apresentando resistência mecânica, resistência ao calor e inércia química semelhantes, ao mesmo tempo em que é mais leve e mais durável. Além disso, sua natureza quimicamente inerte faz com que resista tanto à corrosão quanto aos danos químicos.

Foi desenvolvido um processo de fabricação inovador para a produção de fibras de carboneto de silício resistentes a altas temperaturas. Utilizando silano de baixo peso molecular (LPS) como matéria-prima e fazendo-o reagir com um composto orgânico que contém elementos de densificação para produzir policarbo-silano contendo AL e Y (PACS e PYCS), as fibras contínuas são então fiadas por meio da tecnologia de fiação por fusão antes de serem sinterizadas para formar a fibra de SiC resistente a altas temperaturas.

De alta resistência

A fibra de carboneto de silício é um material resistente, capaz de suportar temperaturas extremas. Graças à sua composição estequiométrica e à sua microestrutura policristalina, sua composição confere alta resistência à tração, enquanto sua dureza e resistência química a tornam adequada para processos de têmpera de metais, bem como para aplicações de têmpera em 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 vedações de bombas de óleo, bem como para outros produtos mecânicos que operam nessas condições.

Espera-se que o crescimento da produção aeroespacial e militar, o aumento do financiamento da NASA e outros fatores levem a um aumento na demanda norte-americana por fibra de carboneto de silício, utilizada em discos de freio de cerâmica para carros esportivos, bem como em coletes à prova de balas.

O Centro de Pesquisa Glenn da NASA desenvolveu um processo de micro-ondas para produzir fios de SiC de maior resistência, ajudando os fabricantes a reduzir os requisitos de energia, as temperaturas e os tempos de processamento, além de reparar fios de SiC danificados ou de baixa qualidade para melhorar o desempenho. Além disso, esse processo inovador reduz os custos com mão de obra e, ao mesmo tempo, aumenta o rendimento de SiC utilizável.

Estabilidade em 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, além de serem resistentes à corrosão, apresentarem alto módulo de elasticidade e baixas taxas de expansão térmica e propriedades de resistência — qualidades que as tornam adequadas para processos de têmpera a óleo no endurecimento de metais, bem como para uso em materiais resistentes à abrasão ou compósitos de matriz cerâmica.

Crescimento do mercado de fibras de carboneto de silício O mercado de fibras contínuas de carboneto de silício está se expandindo rapidamente devido à demanda da indústria aeroespacial e de defesa por componentes leves. Devido à sua resistência superior à oxidação e à sua pureza química, a fibra contínua de carboneto de silício pode ser encontrada em inúmeras aplicações; já as fibras tecidas de carboneto de silício podem até mesmo ser adequadas para aplicações em altas temperaturas, como reatores nucleares ou fornos metalúrgicos.

Utilizou-se a microscopia eletrônica de varredura (MEV) para examinar as morfologias superficiais das fibras SiC-9 e SiC-14 recém-preparadas em nosso laboratório. O teor de oxigênio nessas amostras foi de apenas 0,07% em peso — significativamente abaixo da razão estequiométrica do 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. Sua capacidade de suportar altas temperaturas as torna adequadas para aplicações nas quais outros materiais se degradariam ou falhariam rapidamente; ao mesmo tempo, sua resistência à fluência, à oxidação e à fadiga as torna materiais adequados para aplicações em equipamentos aeroespaciais e militares.

A resistência à corrosão das fibras de SiC decorre de sua baixa densidade de poros e alta área superficial específica, obtidas por meio de um processo de infiltração-pirólise. O policarbosilano proveniente das moléculas precursoras penetra nos poros para formar carboneto de silício secundário, o que, por sua vez, reduz o tamanho dos poros; as amostras em bruto fabricadas nessa etapa passam então por múltiplos ciclos de infiltração-pirólise, o que aumenta sua densidade e, ao mesmo tempo, diminui a porosidade.

A pandemia da COVID-19 causou estragos nas cadeias de oferta e demanda de diversos setores. Inúmeras fábricas fecharam, enquanto as companhias aéreas e o setor de defesa enfrentam dificuldades para operar devido às restrições às viagens e ao transporte de cargas.