Forskare från NUST MISIS har hittat ett sätt att öka brottsegheten hos kiselkarbid, ett lovande konstruktionsmaterial för tillverkning av eldfasta delar, 1,5 gånger. Dessa resultat uppnåddes på grund av bildandet av förstärkande nanofibrer i strukturen. I framtiden, Tekniken kommer att utöka tillämpningsområdet för kiselkarbid som ett strukturellt och eldfast material, inklusive för flygplanskonstruktionen. Artiklar om utvecklingen har publicerats i Ceramics International och Material .

Den globala kiselkarbidmarknaden från och med 2019 uppskattas till 2,58 miljarder dollar och förväntas växa med 16% per år. Kiselkarbid finns sällan i naturen; därför, detta lovande material syntetiseras på konstgjord väg.

Kiselkarbid används alltmer i olika industrier som halvledare, byggmaterial, slipande och eldfast material. Till exempel, dess användning för tillverkning av turbinblad och delar till förbränningsmotorer skulle avsevärt höja driftstemperaturerna i motorer och avsevärt öka deras egenskaper:effekt, dragkraft, effektivitet, miljövänlighet, etc. Även kiselkarbidkeramer framställda av billig fältspat och kvartssand kan framgångsrikt ersätta delar från legeringar som innehåller ont om kobolt, nickel, och krom, som används inom motorteknik.

Huvudproblemet med kiselkarbidkeramik är att det fungerar bra i kompression, men är mycket känslig för strukturella defekter och har därför ofta låg drag- och böjhållfasthet, samt låg sprickmotstånd.

Forskare från NUST MISIS har hittat ett sätt att förbättra sintringsförmågan och öka böjhållfastheten och brottsegheten hos kiselkarbidkeramik genom att bilda förstärkande nanofibrer i den med hjälp av tekniken för självförökande högtemperatursyntes. Syntesen utfördes i flera steg. Först, pulver av kisel, kol, tantal och PTFE blandades i en planetkvarn, sedan brändes den resulterande blandningen i en reaktor. Nanofibrer bildas under förbränningsprocessen. I det sista skedet, produkten sintrades i en vakuumugn.

"Tack vare effekten av den kombinerade tillsatsen av tantal och PTFE, vi kunde syntetisera ett material med en kiselkarbidmatris förstärkt med nanofibrer av kiselkarbid. Dessa nanofibrer aktiverar sintringen av keramen och ökar sintrade materialstyrka eftersom de fungerar som en barriär mot sprickutbredning, säger huvudförfattaren, Dr Stepan Vorotilo från SHS Center i NUST MISIS.

Nanofibrer minskade den erforderliga sintringstemperaturen och varaktigheten från flera timmar vid 1800-2000°C till 60 minuter vid 1450°C.

Forskarna planerar att fortsätta arbetet med att öka materialets brottseghet och styrka. Kombinationen av goda mekaniska egenskaper och kostnadseffektivitet i produktionsprocessen kommer att utöka tillämpningsområdet för kiselkarbid som ett strukturellt och eldfast material.