Fibres de carbure de silicium utilisées dans le renforcement des matériaux composites
La fibre de carbure de silicium est une sorte de matériau céramique à haute performance dont les principaux composants sont le carbone et le silicium. D'un point de vue morphologique, elle se divise en whisker et en fibre de carbure de silicium continue. Elle présente les avantages d'une résistance à l'oxydation à haute température, d'une grande dureté, d'une grande solidité, d'une grande stabilité thermique, d'une résistance à la corrosion et d'une faible densité.
Par rapport à la fibre de carbone, la fibre de carbure de silicium peut conserver de bonnes performances dans des conditions extrêmes. En raison de ses bonnes performances, elle a attiré beaucoup d'attention dans les domaines de haute technologie tels que l'aérospatiale, les armes et les équipements militaires, et est couramment utilisée comme matériau résistant aux hautes températures et comme matériau de renforcement. En outre, avec le développement de la technologie de préparation, l'application de la fibre de carbure de silicium s'étend progressivement aux équipements sportifs de pointe, au dépoussiérage des gaz d'échappement des automobiles et à d'autres aspects de l'industrie civile.
Composites à matrice de carbure de silicium
Avec le développement de la science et de la technologie, les exigences en matière de performance des matériaux à haute température ont augmenté dans les domaines de l'aérospatiale, des armes militaires et de l'équipement. Les matériaux haute température doivent présenter une résistance élevée, un module élevé, une bonne résistance à la corrosion chimique, au fluage, à l'oxydation et à la fatigue, ainsi que d'autres propriétés supérieures dans un environnement à haute température. La fibre de carbure de silicium possède de bonnes propriétés dans ces domaines, ainsi qu'une bonne compatibilité avec les céramiques et les matrices métalliques. Elle a donc attiré l'attention dans ces domaines et est utilisée pour renforcer les matériaux composites.
* Composite à matrice céramique
Le composite à matrice céramique désigne le matériau composite formé par l'introduction d'un matériau de renforcement dans la matrice céramique, le matériau de renforcement introduit constituant la phase dispersée et la matrice céramique la phase continue. À l'heure actuelle, la méthode CVD et la méthode de conversion des fibres de carbone activées sont principalement utilisées pour préparer des composites à matrice céramique renforcés au carbure de silicium.
Dans le domaine de l'aérospatiale, les composites à matrice céramique sont principalement utilisés dans les composants de l'extrémité chaude des moteurs, y compris les pièces de la tuyère de queue, la chambre de combustion, la postcombustion, l'anneau extérieur de la turbine, l'aube de guidage, l'aube de rotor, etc. Ces composants nécessitent des matériaux haute température très performants.
* Composite à matrice métallique
Les composites à matrice métallique possèdent à la fois les propriétés des matériaux métalliques et des matériaux non métalliques. Par rapport aux matériaux simples, ils présentent de meilleures propriétés mécaniques et physiques, telles que la résistance à l'abrasion, la ténacité, la dilatation thermique et la conductivité électrique.
Les composites à matrice métallique renforcés par des fibres de carbure de silicium ont de meilleures performances en termes de résistance spécifique, de rigidité spécifique, de coefficient de dilatation thermique, de conductivité thermique et de résistance à l'usure, et sont faciles à produire des composites à matrice métallique qualifiés. En outre, par rapport à la fibre de bore, son coût de production est plus faible, et elle a de vastes perspectives d'application dans les industries civiles telles que l'aérospatiale, les armes et les équipements militaires, les équipements sportifs et les automobiles.
Les méthodes courantes de préparation des composites à matrice métallique comprennent la métallurgie des poudres, la technologie de dépôt par pulvérisation, la méthode de coulée, la méthode de recombinaison par ultrasons à haute énergie, la méthode de recombinaison in situ, etc. En raison des différences de principes et de processus technologiques, les propriétés des composites produits par ces méthodes de préparation sont différentes, et chaque méthode présente certains défauts. Par exemple, la technologie de dépôt par pulvérisation a un cycle de préparation court et une efficacité de production élevée, mais elle présente également des inconvénients tels qu'un équipement coûteux, une porosité élevée et une perte importante de matières premières.
Les composites à matrice métallique de carbure de sil icium courants comprennent les composites à matrice d'aluminium renforcée au carbure de silicium, les composites à matrice de titane renforcée au carbure de silicium, les composites à matrice de magnésium renforcée au carbure de silicium, les composites à matrice de cuivre renforcée au carbure de silicium, etc.
Après des décennies de recherche et de développement, les méthodes de préparation et les propriétés des fibres de carbure de silicium ont été considérablement améliorées. Parmi celles-ci, la technologie de préparation de la méthode de conversion des précurseurs est relativement mature, et la méthode de conversion des fibres de carbone activé est un axe de recherche important pour réaliser la production industrielle de fibres de carbure de silicium. En outre, l'application des composites à matrice céramique et à matrice métallique renforcés par des fibres de carbure de silicium s'est progressivement étendue des domaines aérospatial et militaire aux domaines de l'industrie civile.
