Los científicos de NUST MISIS han encontrado una manera de aumentar la tenacidad a la fractura del carburo de silicio, un material estructural prometedor para la producción de piezas refractarias, por 1,5 veces. Estos resultados se lograron debido a la formación de nanofibras de refuerzo en la estructura. En el futuro, la tecnología ampliará el alcance de la aplicación del carburo de silicio como material estructural y refractario, incluso para la construcción de aviones. Se han publicado artículos sobre el desarrollo en Cerámica Internacional y Materiales .

El mercado mundial de carburo de silicio a partir de 2019 se estima en $ 2.58 mil millones y se prevé que crezca un 16% por año. El carburo de silicio rara vez se encuentra en la naturaleza; por lo tanto, este material prometedor se sintetiza artificialmente.

El carburo de silicio se utiliza cada vez más en diversas industrias como semiconductor, Material de construcción, material abrasivo y refractario. Por ejemplo, su uso para la fabricación de álabes de turbinas y piezas para motores de combustión interna elevaría significativamente las temperaturas de funcionamiento en los motores y aumentaría significativamente sus características:potencia, potencia de tracción, eficiencia, respeto al medio ambiente, etc. Además, Las cerámicas de carburo de silicio producidas a partir de feldespato barato y arena de cuarzo pueden reemplazar con éxito piezas de aleaciones que contienen escaso cobalto. níquel, y cromo, que se utilizan en la ingeniería de motores.

El problema clave de la cerámica de carburo de silicio es que funciona bien en compresión, pero es muy sensible a los defectos estructurales y, por lo tanto, a menudo tiene poca resistencia a la tracción y a la flexión, así como una baja resistencia al agrietamiento.

Los científicos de NUST MISIS han encontrado una manera de mejorar la capacidad de sinterización y aumentar la resistencia a la flexión y la resistencia a la fractura de las cerámicas de carburo de silicio mediante la formación de nanofibras de refuerzo en ellas utilizando la tecnología de síntesis autopropagable a alta temperatura. La síntesis se llevó a cabo en varias etapas. Primero, polvos de silicio, carbón, tántalo y PTFE se mezclaron en un molino planetario, luego, la mezcla resultante se quemó en un reactor. Nanofibras formadas durante el proceso de combustión. En la última etapa, el producto se sinterizó en un horno de vacío.

"Gracias al efecto de la adición combinada de tantalio y PTFE, pudimos sintetizar un material con una matriz de carburo de silicio reforzada con nanofibras de carburo de silicio. Estas nanofibras activan la sinterización de la cerámica y aumentan las características de resistencia del material sinterizado ya que sirven como barrera para la propagación de la fractura. "dice el autor principal, Dr. Stepan Vorotilo del Centro SHS en NUST MISIS.

Las nanofibras disminuyeron la temperatura y la duración de sinterización requeridas de varias horas a 1800-2000 ° C a 60 min a 1450 ° C.

Los científicos planean continuar trabajando para aumentar la tenacidad a la fractura y la resistencia del material. La combinación de buenas características mecánicas y la rentabilidad del proceso de producción ampliará el alcance de la aplicación del carburo de silicio como material estructural y refractario.