Fibra de carburo de silicio

La fibra de carburo de silicio es un material cerámico flexible, fuerte, resistente a la oxidación y de baja densidad que se utiliza en entornos de alta temperatura para reforzar materiales compuestos.

Debido a su excepcional rendimiento en condiciones extremas de temperatura, los nanotubos de carbono han acaparado una gran atención en las industrias aeroespacial y de armamento y equipamiento militar. Además, estos materiales también pueden utilizarse para reforzar los compuestos de matriz cerámica.

Aplicaciones estructurales a alta temperatura

Las fibras de carburo de silicio son un material atractivo para aplicaciones estructurales de alta temperatura debido a su combinación de alta resistencia específica, baja expansión térmica y excelente resistencia al desgaste. El carburo de silicio puede utilizarse para reforzar compuestos de matriz metálica con una estabilidad térmica y una conductividad eléctrica superiores.

Las fibras de carburo de silicio también presentan una excelente resistencia a la oxidación y una fácil preparación, lo que las convierte en una excelente alternativa a la fibra de boro para muchas aplicaciones. Además, las fibras de carburo de silicio son un candidato ideal para aplicaciones mecánicas de alta velocidad, como estructuras aeroespaciales o de vehículos aéreos no tripulados (UAV).

En este estudio, desarrollamos un nuevo proceso para crear fibras de carburo de silicio no oxidativas adecuadas para aplicaciones de alta temperatura utilizando la pirólisis del precursor policarbosilano. Las fibras producidas se evaluaron mediante microscopía electrónica de barrido y análisis de difracción de rayos X; las partículas de polvo de carburo de silicio de forma irregular sirvieron como materiales de partida para fabricar materiales compuestos de matriz cerámica reforzados con fibras de carburo de silicio tejidas mediante chorro de aglutinante; su comportamiento de densificación y microestructura se evaluaron mediante seis ciclos de infiltración/pirólisis de polímero.

Aeroespacial y defensa

Los profesionales de la industria aeroespacial llevan mucho tiempo utilizando fibras de carburo de silicio debido a su excepcional resistencia térmica y otras propiedades, lo que las convierte en componentes populares utilizados en motores de aeronaves y sistemas de gestión térmica. El carburo de silicio refuerza los compuestos de matriz cerámica (CMC) que se utilizan en estos motores o sistemas, con un tercio de la densidad de los componentes de aleación metálica de níquel, al tiempo que reduce el peso total de la aeronave al disminuir la densidad general.

Los dispositivos (micro)mecánicos MEMS combinan actuadores o sensores mecánicos con circuitos electrónicos integrados para una mayor funcionalidad, incluidos sensores de presión, acelerómetros, termopares y generadores piezoeléctricos. Las fibras de carburo de silicio también pueden entretejerse en MEMS microestructurados para obtener un rendimiento mecánico y químico superior incluso a temperaturas extremas.

Se prevé que los mercados norteamericanos lideren el mercado mundial de fibra de carburo de silicio en términos de crecimiento, como resultado del aumento de la actividad de fabricación de equipos aeroespaciales y militares allí. También se prevé que el aumento del gasto en defensa y la financiación de la NASA impulsen la demanda de fibras de carburo de silicio; además, su uso en dispositivos de propulsión de vehículos eléctricos tiene la capacidad de aumentar las distancias de conducción y, al mismo tiempo, reducir la pérdida de energía de la batería y el tamaño de los componentes, aumentando la eficiencia del sistema.

Energía y potencia

Las fibras de carburo de silicio son muy adecuadas para aplicaciones que requieren mucha potencia, ya que ofrecen una alta conductividad y resistencia con bajos índices de expansión térmica. Su combinación las convierte en el material ideal para componentes eléctricos de alta tensión, así como para aplicaciones de transmisión y distribución de energía.

Y su capacidad para resistir la oxidación las hace ideales para la fabricación de compuestos de matriz cerámica -muy utilizados en la construcción de revestimientos de combustible de reactores nucleares que soportan temperaturas extremas-, por lo que es probable que la demanda de estas fibras aumente considerablemente con el tiempo.

Se prevé que la industria aeroespacial impulse el crecimiento del mercado de la fibra de carburo de silicio debido al aumento del gasto en defensa y al incremento de los envíos de aviones comerciales en Estados Unidos. Además, el aumento de la financiación de la NASA y del gasto en defensa puede impulsar la demanda de productos compuestos de titanio, aluminio y cerámica en América debido a su capacidad para funcionar en entornos de alta temperatura.

Industrial

La fibra de carburo de silicio se utiliza ampliamente para producir compuestos de matriz cerámica y como alternativa a las superaleaciones a base de níquel en la producción de componentes aeroespaciales. Además, la fibra de carburo de silicio se ha convertido en una opción cada vez más popular en las industrias de generación de energía para revestimientos cerámicos y estructuras del núcleo de reactores nucleares debido a sus propiedades de resistencia a la radiación.

La estabilidad a altas temperaturas y la inercia química hacen de la alúmina un material excelente para reforzar los compuestos de alta temperatura, ya que conserva su resistencia incluso a temperaturas elevadas. Además, su resistencia a la tracción proporciona prestaciones mecánicas sin añadir peso, una característica inestimable para aplicaciones sensibles al peso como la automoción y la aviación.

Las fibras tejidas de carburo de silicio se utilizan ampliamente en las industrias de fabricación de metales como material aislante y refuerzo de materiales refractarios como la sílice, la alúmina y el nitruro de aluminio. Además, su bajo contenido en oxígeno las hace adecuadas para aplicaciones de turbinas de gas debido a las temperaturas más altas que pueden soportar.