Трещиностойкость карбида кремния удалось повысить
Карбид кремния практически не встречается в природе, поэтому его синтезируют искусственно – он находит все более широкое применение в различных отраслях промышленности в качестве полупроводника, конструкционного материала, абразива и огнеупора. К примеру, его применение для изготовления лопаток турбин и деталей двигателей внутреннего сгорания позволило бы существенно поднять рабочие температуры в двигателях и заметно повысить их характеристики: мощность, тяговую силу, КПД, экологичность и прочее.
Также карбидокремниевая керамика, для производства которой используются полевой шпат и кварцевый песок, может успешно заменить детали из сплавов, содержащих дефицитные кобальт, никель и хром, применяющиеся в моторостроении. Ключевая проблема карбидокремниевой керамики – она прекрасно работает на сжатие, но очень чувствительна к структурным дефектам и поэтому зачастую имеет малую прочность на растяжение и изгиб, а также низкую трещиностойкость.
Специалисты из НИТУ «МИСиС» нашли способ улучшить спекаемость и повысить прочность на изгиб и трещиностойкость карбидокремниевой керамики за счет формирования в ней армирующих нановолокон по технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Он проводился в несколько этапов: сначала порошки кремния, углерода, тантала и тефлона замешивались в планетарной мельнице, затем полученная смесь сжигалась в реакторе.
Как раз в процессе горения происходило формирование нановолокон. Последний этап – спекание изделия в вакуумной печи. Благодаря эффекту комбинированной добавки тантала и тефлона удалось синтезировать материал с карбидокремниевой матрицей, упрочнённой карбидокремниевыми нановолокнами. Они активируют спекание керамики и повышают прочностные характеристики спечённого материала, так как они служат барьером для распространения трещин.
За счёт формирования нановолокон удалось значительно снизить требуемые температуры и выдержки при вакуумном спекании – с многочасовой выдержки при 1800-2000 °C до одного часа при 1450 °C. Учёные планируют продолжить работу над повышением трещиностойкости и прочности материала. Совмещение хороших механических характеристик и экономичности производственного процесса позволит расширить области применения карбида кремния в качестве конструкционного и огнеупорного материала.
