Materiales compuestos C/SiC para aplicaciones estructurales de alta temperatura. Parte II: Sistemas de protección contra la oxidación

Abstract

La utilizaci-n de los materiales compuestos C/SiC en aplicaciones estructurales a alta temperatura est ‡ limitada por la elevada velocidad de oxidaci-n de la fibra de carbono a temperaturas superiores de 450¼C. En esta segunda parte del trabajo se realiza una revisi-n de las posibilidades de protecci-n contra la oxidaci-n de estos materiales, incluyendo inhibidores, modificaci-n superficial del material compuesto, recubrimientos e infiltraci-n previa del sustrato. La eficacia de los inhibidores de la reacci-n de oxidaci-n est ‡ restringida a temperaturas de hasta 850¼C, mientras que la modificaci-n superficial del material compuesto da lugar a capas delgadas y poco resistentes a los ciclos tŽrmicos. En cambio, los recubrimientos son el mŽto-do m ‡s empleado porque permiten combinar composiciones y espesores de capa muy variados. La estructura multicapa es especialmente interesante en el caso de aplicaciones con intervalos de temperatura de trabajo amplios y cuando el material va a estar sometido a choques tŽrmicos. La infiltraci-n de la porosidad del sustrato s-lo mejora ligeramente la resistencia a la oxidaci-n del material compuesto C/SiC al reducir los caminos de acceso del ox'geno a las fibras de carbono. Sin embargo, la infiltraci-n complementa en gran medida las propiedades antioxidantes de los recubrimientos en el intervalo de bajas temperaturas, ya que Žstos suelen presentar fisuras abiertas por diferencias de dilataci-n tŽrmica con el sustrato. Palabras clave: C/SiC, materiales compuestos, protecci-n antioxidante C/SiC composites for high temperature structural applications. Part II: Oxidation protection systemsThe fact which currently excludes the use of C/SiC composites in high temperature structural applications is the high oxidation rate of carbon fibres at temperatures higher than 450¼C. In this second part of the paper, a review of the different oxidation protection systems, including inhibitors, surface modification of composites, coatings and previous infiltration of the substrates, has been carried out. The addition of inhibitors reduces the oxidation rate, but only up to 850¼C, while the surface modification of composites leads to thin coatings with poor thermal shock resistance. On the other hand, the external layers are the most usual method employed because allows combining different compositions and thicknesses. The multilayer coatings are especially interesting in applications with wide temperature range and thermal shocks requirements. The infiltration of substrate porosity improves slightly the oxidation resistance of C/SiC composites reducing the oxygen accessibility to carbon fibres. However, the infiltration complements very well the oxidation protection performance of a coating system at low temperature, since these normally present open cracks due to mismatch between coating and substrate thermal expansion coefficients. Keywords: C/SiC, composites, oxidation protection 1.-INTRODUCCIîNLas importantes propiedades de los materiales compuestos C/SiC, propiedades mec ‡nicas a alta tempe...

Effects of SiC content on the mechanical and thermophysical properties of 3D Cf/SiC–Al composites

“…So the desirable C f /SiC-Al composites should have an excellent thermal conductance vertical to the contact areas, and a low thermal expansion parallel to the function surface. The TRS demonstrate that the high-temperature applications of C f /SiC-Al composites is closely related to their strength and thermophysical properties [13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23]. Up to now, for C f /SiC infiltrated with Al alloy, the research on mechanical properties was only focused on the unidirectional compression strength, while the anisotropy bending strength and thermophysical property of such composites have not been revealed so far.…”

Infiltración de materiales de refuerzo en el comportamiento frente a la oxidación y propiedades mecánicas en materiales compuestos de carbono reforzados con fibra de carbono

“…Se consideran materiales inhibidores aquellos que reducen la velocidad de reacción entre el carbono y el oxígeno por obstrucción y blocaje de los puntos activos de la fibra de carbono (10).…”

Protección contra la oxidación de materiales compuestos SiC(C/SiC) mediante la combinación de recubrimientos de silicatos de itrio y sílice

“…Dentro de este grupo de materiales se encuentran los materiales cerámicos monolíticos, los materiales compuestos de matriz cerámica y los intermetálicos. Sin embargo, solamente los materiales cerámicos reforzados con fibras muestran una fractura no catastrófica junto con una importante reducción de peso (1)(2)(3).…”