Selective Material Characterisation of Ceramic Matrix Composites for Advanced Gas Turbines

Iffländer, K.; Gualco, Gabriele; Rosatelli, F.; Hampshire, Stuart; Brug, E. H. Van; Ferrière, Alain; Rodríguez, Gabriel Peña; Fordham, R.J.; Dupel, P.; Mason, N.; Nedele, Martin R.

doi:10.1002/9780470294437.ch68

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“…Los recubrimientos cerámicos y vítreos muestran las mayores posibilidades de éxito, pero las diferencias entre los coeficientes de dilatación térmica de estos materiales y la fibra de carbono, y la reactividad entre ésta y diferentes compuestos ha impedido hasta el momento alcanzar resultados totalmente satisfactorios. El desarrollo de un sistema antioxidante eficaz tendría importantes beneficios económicos, industriales, sociales y medioambientales en la aplicación de estos materiales (10,(28)(29)(30)(31)(32)(33)(34)(35).…”

Section: -Los Materiales Compuestos Reforzados Con Fibra De Carbonounclassified

Materiales compuestos C/SiC para aplicaciones estructurales de alta temperatura. Parte I: estabilidad termodinámica y química

Aparicio¹,

Durán²

2000

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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El desarrollo de la industria aeroespacial se orienta actualmente hacia la tecnología hipersónica, el incremento en el rendimiento de las reacciones de combustión y la reducción de la emisión de contaminantes. Estos objetivos sólo pueden alcanzarse aumentando la temperatura de combustión, para lo cual es necesario desarrollar nuevos materiales que conserven sus propiedades mecánicas hasta temperaturas muy elevadas. Entre ellos se encuentran los materiales compuestos de matriz de SiC reforzada con fibra continua de carbono (C/SiC), cuyas propiedades más importantes son una elevada resistencia a flexión y al choque térmico desde temperatura ambiente hasta 1600ºCy su reducido peso específico. Sin embargo, el principal problema que acompaña a los materiales compuestos C/SiC es la elevada velocidad de oxidación de la fibra de carbono a partir de 450ºC. En la primera parte del trabajo se realiza una revisión de las características más relevantes del carbono y SiC, y de su comportamiento frente a la oxidación, tanto por separado como formando parte de materiales compuestos de matriz de SiC y fibra de C. Palabras clave: C/SiC, materiales compuestos, estabilidad termodinámica, oxidación. C/SiC composites for high temperature structural applications. Part I: thermodynamical and chemical stabilityThe development of aero-engine and aircraft industry is aimed to hypersonic technology, efficiency enhancements and pollutant emission reductions. This objective can only be reached by increasing the operating temperatures, utilising new materials which mechanical properties are retained up to high temperatures. SiC matrix composites reinforced with carbon fibres (C/SiC) are good examples with very good bending and thermal shock resistance at temperatures up to 1600ºC as well as low density. However, the fact which currently inhibits the application of these materials is the high oxidation rate of carbon fibres at temperatures above 450ºC. In the first part of the paper, a review of the most important properties and oxidation mechanisms of C and SiC has been carried out. The influence of each material disposition, individually and as composite, has been analysed.Keywords: C/SiC, composites, thermodynamical stability, oxidation. 1.-INTRODUCCIÓNLa necesidad de nuevos materiales estructurales capaces de trabajar a temperaturas cada vez mayores ha originado un desarrollo tecnológico intenso y sostenido en numerosos campos de la industria. Desde este punto de vista, sólo los materiales cerámicos avanzados ofrecen suficientes garantías, ya que su límite de aplicabilidad (fundamentalmente por el mantenimiento de sus propiedades mecánicas a alta temperatura) excede en muchos casos los 2000ºC. No es exagerado decir que industrias como la aeronáutica, y en general muchas industrias relacionadas con el espacio, dependen en gran medida del avance científico y tecnológico dentro del campo de los materiales cerámicos. La variedad de materiales cerá-micos avanzados es amplia, y abarca desde óxidos (Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , 3Al 2 O 3 ·2SiO 2 , ...

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Materiales compuestos C/SiC para aplicaciones estructurales de alta temperatura. Parte I: estabilidad termodinámica y química

Aparicio¹,

Durán²

2000

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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A Tough, Thermally Conductive Silicon Carbide Composite with High Strength up to 1600°C in Air

Ishikawa

Kajii

Matsunaga

et al. 1998

Science

155

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A sintered silicon carbide fiber-bonded ceramic, which consists of a highly ordered, close-packed structure of very fine hexagonal columnar fibers with a thin interfacial carbon layer between fibers, was synthesized by hot-pressing plied sheets of an amorphous silicon-aluminum-carbon-oxygen fiber prepared from an organosilicon polymer. The interior of the fiber element was composed of sintered beta-silicon carbide crystal without an obvious second phase at the grain boundary and triple points. This material showed high strength (over 600 megapascals in longitudinal direction), fibrous fracture behavior, excellent high-temperature properties (up to 1600 degreesC in air), and high thermal conductivity (even at temperatures over 1000 degreesC).

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Selective Material Characterisation of Ceramic Matrix Composites for Advanced Gas Turbines

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Materiales compuestos C/SiC para aplicaciones estructurales de alta temperatura. Parte I: estabilidad termodinámica y química

Materiales compuestos C/SiC para aplicaciones estructurales de alta temperatura. Parte I: estabilidad termodinámica y química

A Tough, Thermally Conductive Silicon Carbide Composite with High Strength up to 1600°C in Air

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