Cientistas do NUST MISIS descobriram uma maneira de aumentar a tenacidade à fratura do carboneto de silício, um material estrutural promissor para a produção de peças refratárias, em 1,5 vezes. Esses resultados foram alcançados devido à formação de nanofibras de reforço na estrutura. No futuro, a tecnologia vai expandir o escopo da aplicação de carboneto de silício como um material estrutural e refratário, inclusive para a construção de aeronaves. Artigos sobre o desenvolvimento foram publicados em Ceramics International e Materiais .

O mercado global de carboneto de silício em 2019 é estimado em US $ 2,58 bilhões e deve crescer 16% ao ano. O carboneto de silício raramente é encontrado na natureza; Portanto, este material promissor é sintetizado artificialmente.

O carboneto de silício é cada vez mais usado em várias indústrias como semicondutor, material de construção, material abrasivo e refratário. Por exemplo, seu uso para a fabricação de lâminas de turbina e peças para motores de combustão interna aumentaria significativamente as temperaturas de operação nos motores e aumentaria significativamente suas características:potência, força de tração, eficiência, Amizade ambiental, etc. Além disso, cerâmicas de carboneto de silício produzidas a partir de feldspato barato e areia de quartzo podem substituir com sucesso peças de ligas contendo escasso cobalto, níquel, e cromo, que são usados ​​na engenharia de motores.

O principal problema da cerâmica de carboneto de silício é que ela funciona bem em compressão, mas é muito sensível a defeitos estruturais e, portanto, muitas vezes tem baixa resistência à tração e flexão, bem como baixa resistência a trincas.

Cientistas da NUST MISIS descobriram uma maneira de melhorar a capacidade de sinterização e aumentar a resistência à flexão e a tenacidade à fratura de cerâmicas de carboneto de silício, formando nanofibras de reforço usando a tecnologia de síntese autopropagada em alta temperatura. A síntese foi realizada em várias etapas. Primeiro, pós de silício, carbono, tântalo e PTFE foram misturados em um moinho planetário, em seguida, a mistura resultante foi queimada em um reator. Nanofibras formadas durante o processo de combustão. Na última fase, o produto foi sinterizado em forno a vácuo.

"Graças ao efeito da adição combinada de tântalo e PTFE, fomos capazes de sintetizar um material com uma matriz de carboneto de silício reforçada com nanofibras de carboneto de silício. Essas nanofibras ativam a sinterização da cerâmica e aumentam as características de resistência do material sinterizado, pois servem como barreira à propagação da fratura, "diz o autor principal, Dr. Stepan Vorotilo do SHS Center em NUST MISIS.

As nanofibras diminuíram a temperatura de sinterização necessária e a duração de várias horas a 1800-2000 ° C para 60 min a 1450 ° C.

Os cientistas planejam continuar a trabalhar para aumentar a resistência à fratura e a resistência do material. A combinação de boas características mecânicas e custo-benefício do processo de produção expandirá o escopo da aplicação do carboneto de silício como um material estrutural e refratário.