Carburo de silicio reforzado con fibra de carbono

El carburo de silicio reforzado con fibra de carbono (CFRSC) es un material cerámico avanzado con excelentes propiedades de tenacidad, resistencia a la oxidación y a la corrosión que se utiliza a menudo en aplicaciones aeroespaciales como planos de control, bordes de ataque de alas y conos de ojiva.

La producción de compuestos de C/SiC implica varios pasos de producción. En primer lugar, las piezas impresas se impregnan con una solución de resina antes de carbonizarse e infiltrarse con silicona líquida (LSI).

Dureza

El carburo de silicio reforzado con fibra de carbono ofrece una dureza y una resistencia a la temperatura superiores, además de una gran estabilidad en entornos adversos, lo que lo convierte en un material excelente para aplicaciones aeroespaciales. Por desgracia, su complejo proceso de fabricación y el elevado coste de las materias primas hacen que la producción de CFR-SiC sea costosa; sin embargo, las investigaciones en curso deberían ayudar a reducir los costes de producción en el futuro.

Los compuestos de carburo de silicio reforzados con fibra de carbono muestran un comportamiento de fractura no lineal debido a la formación de puentes de grietas y a la desviación entre las fibras de carbono. Este mecanismo puede evitar el fallo frágil catastrófico a la vez que aumenta el módulo de Weibull de las barras de Cf/SiC; un aumento que puede producirse a través de una mejor propagación de las grietas o una menor resistencia característica media; lo que hace que estas cerámicas sean ideales para la impresión 3D, permitiendo producir geometrías de componentes complejas sin necesidad de costosas operaciones de mecanizado.

Resistencia al desgaste

El carburo de silicio reforzado con fibra de carbono presenta una impresionante resistencia al desgaste en comparación con otros materiales cerámicos, y ha demostrado resultados positivos en la proliferación celular, así como una elevada resistencia a la flexión y un bajo coeficiente de fricción. También es biocompatible, lo que aumenta el crecimiento celular. Además, el carburo de silicio reforzado con fibra de carbono presenta una excelente resistencia al desgaste en comparación con sus homólogos cerámicos, a la vez que es biocompatible; además, muestra grandes resultados de crecimiento celular a lo largo del tiempo. Por último, presenta una excelente resistencia al desgaste en lo que respecta al crecimiento y la proliferación celular, así como una elevada resistencia a la flexión con un coeficiente de fricción extremadamente bajo para mejorar los resultados de la proliferación celular, al tiempo que presenta una elevada resistencia a la flexión y un bajo coeficiente de fricción para facilitar el uso y los resultados del crecimiento/proliferación celular en el cultivo/proliferación celular;

Las cerámicas reforzadas con fibra de carbono se utilizan cada vez más como materiales estructurales de alta temperatura en aplicaciones aeroespaciales, de armamento y equipos militares. Para soportar condiciones extremas en estos campos, como tolerancia a los daños, resistencia al choque térmico, resistencia a la corrosión química resistencia a la fatiga y resistencia a la oxidación.

La preparación de materiales compuestos de SiC reforzados con fibra de carbono densa implica cubrir la región del haz de fibras con carbono denso para densificarlo; laminar un preimpregnado que contenga polvo de silicio y resina fuente de carbono en capas alternas hasta moldear el laminado para producir un cuerpo verde; luego carbonizar a temperaturas entre 900deg C. y 1350deg C.

Resistencia a la flexión

El carburo de silicio reforzado con fibra de carbono (CFRC) es un material cerámico excepcionalmente duro y resistente a altas temperaturas que se utiliza para componentes de vehículos aeroespaciales como planos de control, bordes de ataque de alas y conos de morro; pastillas de freno; discos de coches de carreras, etc.

La cerámica se produce mediante la infiltración de silicio fundido en preformas porosas hechas de tejido de fibra de carbono utilizando la tecnología de infiltración reactiva en masa fundida (RMI) o utilizando la pirólisis de impregnación de polímeros organometálicos o las tecnologías de infiltración química de vapor [1].

En este estudio, se empleó la flexión en cuatro puntos para evaluar la resistencia a la flexión de las CMC de Cf/SiC y compararla con la del SiC monolítico. Los resultados demostraron que las CMC de Cf/SiC eran mucho más resistentes que las de SiC monolítico.

Alargamiento a la rotura por flexión

El alargamiento a la rotura por flexión (FEB) es uno de los parámetros clave en la fabricación y la ingeniería, ya que mide cuánto puede estirarse un material antes de romperse y proporciona información sobre su ductilidad. Los diseñadores e ingenieros utilizan los datos de FEB como base para seleccionar los materiales adecuados para los proyectos.

Los inventores crearon un método para producir compuestos densos de carburo de silicio reforzados con fibra de carbono con una tenacidad superior, cubriendo la región del haz con carbono vítreo derivado de la resina para evitar dañar las fibras de carbono. Su proceso utiliza la tecnología de sinterización por reacción y permite la producción rápida de grandes volúmenes de compuestos densos en poco tiempo.

La osteólisis periprotésica inducida por partículas es un elemento esencial para garantizar el éxito a largo plazo de las prótesis de rodilla, y para disminuir este riesgo es preciso encontrar un nuevo material que reproduzca más fielmente que nunca los emparejamientos tribológicos de las articulaciones in vivo.

Resistencia a la corrosión

Los compuestos de carburo de silicio reforzado con fibra de carbono (C/SiC) presentan una excelente resistencia a la oxidación y la corrosión, lo que los hace adecuados para aplicaciones como los sistemas de almacenamiento de energía térmica y los fluidos de transferencia de calor. Además, los compuestos de C/SiC han demostrado unas propiedades de biocompatibilidad excepcionales.

Los materiales compuestos de C/SiC suelen estar formados por resinas de fuente de carbono, como fenol, furano o brea, como material matriz. Mediante la infiltración reactiva en fusión (RMI), el silicio fundido se infiltra por capilaridad en esta matriz de carbono para formar una preforma porosa de SiC.

El compuesto obtenido a partir de esta investigación presenta una tenacidad mucho mayor que las matrices de carbono estándar a pesar de tener grandes poros abiertos, incluso con su considerable porosidad. Además, su superficie está recubierta de SiC, que lo protege de los efectos corrosivos nocivos del metal fundido, al tiempo que presenta una baja conductividad eléctrica para reducir las posibilidades de cortocircuito eléctrico en caso de incendio o accidente.