کامپوزیت های ماتریس سرامیکی

کامپوزیت های زمینه سرامیکی (CMC) از الیاف سرامیکی تقویت شده با ذرات، الیاف یا پارچه تشکیل شده است. در مقایسه با سرامیک‌های فنی معمولی که به راحتی تحت بار می‌شکنند، CMC‌ها مقاومت در برابر ترک بیشتری دارند. برخی از ماتریس ها و ترکیبات نیز استحکام بیشتری، پایداری شوک حرارتی و مقاومت در برابر فرسایش در دماهای بسیار بالا ارائه می دهند.

CMC ها چگونه ساخته می شوند

کامپوزیت های زمینه سرامیکی از طریق روش های نفوذ یا رسوب در فاز بخار ساخته می شوند. این روش ها شامل نفوذ شیمیایی بخار (CVI)، نفوذ فاز مایع (LVI) و نفوذ مذاب (MI) است. نفوذ بخار شیمیایی (CVI)، یک نوع رسوب بخار شیمیایی (CVD)، برای ساخت CMC های آلومینا-آلومینا استفاده می شود. نفوذ فاز مایع (LVI) برای متراکم کردن اسکلت های پودر فلزی استفاده می شود. سرامیک های پیشرفته تولید شده با نفوذ مذاب (MI) یا نفوذ مذاب واکنشی (RMI) نیز موجود است. با RMI، فاز مایع یا بخار واکنش نشان می دهد و یک فاز یا ماده سرامیکی جدید تشکیل می دهد.

مواد تقویتی

تقویت کننده های سبیل، ذرات یا فیبر پیوسته برای غلبه بر ماهیت شکننده مواد سرامیکی معمولی استفاده می شود. کامپوزیت های ماتریکس سرامیکی حاصل، چقرمگی و استحکام را در دماهای بالا فراهم می کنند. الیاف، ذرات یا پارچه با مدول سفت تر یا بالاتر را می توان برای تقویت یا تقویت یک ماتریس سرامیکی با مدول پایین تر استفاده کرد. این تقویت کننده های مدول بالا به خوبی بار را تحمل می کنند و ماده ای با مقاومت بالاتر تولید می کنند. برای دستیابی به انتقال بار و عملکرد مطلوب، یک رابط یا پوشش بین فازی خوب بین تقویت‌کننده و ماتریس لازم است. اگر آرماتور خیلی محکم به ماتریس چسبیده باشد، کامپوزیت های زمینه سرامیکی ممکن است چقرمگی کمتری از خود نشان دهند.

کامپوزیت های زمینه سرامیکی (CMC) از نظر مواد تقویت کننده متفاوت هستند. ماتریس‌های کربن تقویت‌شده با فیبر کربن یا ماتریس‌های کاربید سیلیکون تقویت‌شده با الیاف کاربید سیلیکون، مواد سخت‌تری را برای کاربردهای بالستیک و دمای بالا فراهم می‌کنند. علاوه بر کربن یا فیبر کربن، انتخاب‌ها شامل کاربید سیلیکون (SiC)، پلاکت‌های سیلیکون، ذرات تنگستن، ذرات کروم، الیاف آلومینا، سیلیسیدها و آلومینیدها هستند. کامپوزیت های زمینه سرامیکی همچنین ممکن است دارای ماتریس هایی با کاربید زیرکونیوم، کاربین هافنیوم، کاربید تانتالیوم، آلومینا، زیرکونیا و سرامیک های شیشه ای باشند. تامین کنندگان کامپوزیت های زمینه سرامیکی می توانند در انتخاب ذرات، فیبر یا مواد تقویت کننده پارچه مناسب کمک کنند.

برنامه های کاربردی برای کامپوزیت های ماتریس سرامیکی

کامپوزیت های زمینه سرامیکی (CMC) در کاربردهای موادی استفاده می شوند که به استحکام بالا، مقاومت در برابر دمای بالا، خواص زره یا بالستیک و مقاومت در برابر فرسایش یا سایش نیاز دارند. علاوه بر موتورهای جت و موتورهای موشک، کامپوزیت‌های ماتریس سرامیکی در موتورهای احتراق داخلی خودروها، توربین‌های گازی، تجهیزات فرآیندی، کوره‌ها، قطعات نسوز، اجزای هسته‌ای، محافظ‌های ورود مجدد فضاپیماها، نازل‌ها و ابزارهای جوشکاری و وسایل لحیم کاری استفاده می‌شوند. از کامپوزیت های زمینه سرامیکی نیز در جایگزینی سوپرآلیاژها استفاده می شود.

منبع: globalspec