Fibra de carbeto de silício

A fibra de carboneto de silício é um material cerâmico flexível, resistente, resistente à oxidação e de baixa densidade, utilizado em ambientes de alta temperatura para reforçar materiais compósitos.

Devido ao seu desempenho excepcional em condições de temperatura extrema, os nanotubos de carbono têm atraído grande atenção tanto na indústria aeroespacial quanto na de armamentos e equipamentos militares. Além disso, esses materiais também podem ser utilizados para reforçar compósitos de matriz cerâmica.

Aplicações estruturais em altas temperaturas

As fibras de carboneto de silício são uma opção atraente de material para aplicações estruturais em altas temperaturas, devido à combinação de alta resistência específica, baixa expansão térmica e excelente resistência ao desgaste. O carboneto de silício pode ser utilizado para reforçar compósitos de matriz metálica, conferindo-lhes estabilidade térmica e condutividade elétrica superiores.

As fibras de carboneto de silício também apresentam excelente resistência à oxidação e são fáceis de produzir, o que as torna uma excelente alternativa às fibras de boro para diversas aplicações. Além disso, as fibras de carboneto de silício são ideais para aplicações mecânicas de alta velocidade, como estruturas aeroespaciais ou de veículos aéreos não tripulados (UAV).

Neste estudo, desenvolvemos um novo processo para a produção de fibras de carboneto de silício não oxidativas, adequadas para aplicações em altas temperaturas, utilizando a pirólise de um precursor de policarbosilano. As fibras produzidas foram avaliadas por meio de microscopia eletrônica de varredura e análise por difração de raios X; partículas de pó de SiC de formato irregular serviram como matéria-prima para a fabricação de compósitos de matriz cerâmica reforçados com fibras de carboneto de silício, produzidos por jato de ligante, utilizando a tecnologia de jato de ligante; seu comportamento de densificação e sua microestrutura foram avaliados por meio de seis ciclos de infiltração de polímero/pirólise.

Aeroespacial e defesa

As fibras de carboneto de silício são utilizadas há muito tempo por profissionais da indústria aeroespacial devido à sua excepcional resistência térmica e outras propriedades, o que as torna componentes populares em motores de aeronaves e sistemas de gerenciamento térmico. O carboneto de silício reforça os compósitos de matriz cerâmica (CMC) para uso nesses motores ou sistemas — com um terço da densidade dos componentes de liga de níquel —, ao mesmo tempo em que reduz o peso total da aeronave por meio da diminuição da densidade geral.

Os dispositivos MEMS (micro-)mecânicos combinam atuadores ou sensores mecânicos com circuitos eletrônicos integrados para oferecer maior funcionalidade, incluindo sensores de pressão, acelerômetros, termopares e geradores piezoelétricos. As fibras de carboneto de silício também podem ser entrelaçadas para formar MEMS microestruturados, proporcionando desempenho mecânico e químico superior, mesmo sob temperaturas extremas.

Prevê-se que os mercados norte-americanos liderem o mercado global de fibras de carboneto de silício em termos de crescimento, em função do aumento das atividades de fabricação de equipamentos aeroespaciais e militares na região. Prevê-se que o aumento dos gastos com defesa e do financiamento da NASA também impulsione a demanda por fibras de carboneto de silício; além disso, seu uso em dispositivos de potência de veículos elétricos tem o potencial de aumentar a autonomia, ao mesmo tempo em que reduz a perda de energia da bateria e o tamanho dos componentes, aumentando a eficiência do sistema.

Energia e eletricidade

As fibras de carboneto de silício são ideais para aplicações que exigem grande potência, oferecendo alta condutividade e resistência, aliadas a baixas taxas de expansão térmica. Essa combinação as torna o material ideal para componentes elétricos de alta tensão, bem como para aplicações de transmissão e distribuição de energia.

E sua capacidade de resistir à oxidação as torna ideais para o uso na fabricação de compósitos de matriz cerâmica — amplamente utilizados na construção de revestimentos de combustível para reatores nucleares, capazes de suportar temperaturas extremas —, de modo que a demanda por essas fibras provavelmente crescerá significativamente com o tempo.

Espera-se que as indústrias aeroespaciais impulsionem o crescimento do mercado de fibra de carboneto de silício, devido ao aumento dos gastos com defesa e ao crescimento das remessas de aeronaves comerciais nos Estados Unidos. Além disso, o aumento do financiamento da NASA e dos gastos com defesa pode impulsionar a demanda por produtos compostos de titânio, alumínio e cerâmica nos Estados Unidos, devido à sua capacidade de desempenho em ambientes de alta temperatura.

Industrial

A fibra de carboneto de silício é amplamente utilizada na produção de compósitos de matriz cerâmica e como alternativa às superligas à base de níquel na fabricação de componentes aeroespaciais. Além disso, a fibra de carboneto de silício tem se tornado uma opção cada vez mais popular no setor de geração de energia para revestimentos cerâmicos e estruturas do núcleo de reatores nucleares, devido às suas propriedades de resistência à radiação.

A estabilidade em altas temperaturas e a inércia química tornam a alumina um excelente material para reforçar compósitos de alta temperatura, uma vez que ela mantém sua resistência mesmo em temperaturas mais elevadas. Além disso, sua resistência à tração proporciona desempenho mecânico sem aumentar o peso — uma característica inestimável para aplicações em que o peso é um fator crítico, como nos setores automotivo e de aviação.

As fibras tecidas de carboneto de silício são amplamente utilizadas nas indústrias de fabricação de metais como material isolante e reforço de materiais refratários, como sílica, alumina e nitreto de alumínio. Além disso, seu baixo teor de oxigênio as torna adequadas para aplicações em turbinas a gás, devido às temperaturas mais elevadas que são capazes de suportar.