Nowe kompozyty ceramiczne
Kompozyty CMC znalazły już zastosowanie w komponentach kosmicznych wymagających odporności na wysokie temperatury, a oczywistymi kandydatami do ich przyszłego wykorzystania są sektory wytwórstwa, transportu i energetyki. Produkcja tych zaawansowanych materiałów jest jednak obecnie trudna i kosztowna za sprawą długich czasów przetwarzania i dużego zużycia energii. Przezwyciężenie tych problemów w celu stworzenia nowych technologii materiałów przyjęto za cel finansowanego ze środków UE projektu HELM (High-frequency electro-magnetic technologies for advanced processing of ceramic matrix composites and graphite expansion). Naukowcy zbadali innowacyjne technologie podgrzewania mikrofalowego, połączone ze standardowymi procesami obróbki termicznej. Do tych ostatnich należą nasycanie z fazy gazowej (CVI), nasycanie ciekłym krzemem (LSI), ekspandowanie grafitu (GE) oraz impregnowanie i piroliza polimerów (PIP). Zbudowano pierwszy w historii piec mikrofalowy CVI wykonany całkowicie z grafitu, co pozwala zapobiegać zanieczyszczeniu produktu końcowego. Testy infiltracyjne przeprowadzone na trzech różnych materiałach wykazały, że czas produkcji CMC został skrócony o jedną trzecią w porównaniu z konwencjonalnymi izotermicznymi CVI. Testy z użyciem niewielkiego, laboratoryjnego pieca mikrofalowego LSI przyniosły bardzo obiecujące wyniki. Stopienie krzemu zajęło tylko kilka minut w porównaniu z kilkoma godzinami w konwencjonalnym piecu przemysłowym. Partnerzy projektu zbudowali też pilotażowe piece LSI i GE do wytwarzania układów hamulcowych i płytek kuloodpornych, co oznacza skrócenie czasu obróbki CMC o 50%. Ze względu na skuteczność bezkrzemowej konstrukcji komory pieca mikrofalowego CVI również podgrzewanie mikrofalowe w procesie PIP odbywało się bez wnęki krzemowej. Testy na systemie o małej skali wskazały na znaczne skrócenie czasu obróbki oraz obniżenie zużycia energii, a także na poprawę właściwości mechanicznych CMC, takich jak odporność na kruche pękanie i wytrzymałość na rozciąganie. Już po zakończeniu produktu kontynuowane są prace związane z produkcją większego pieca PIP, mającego nadawać się do obróbki przedkówki tarczy hamulcowej, a proces można jeszcze znacząco udoskonalić. Naukowcy z projektu HELM opracowali nowatorską technikę podgrzewania mikrofalowego, która znacznie skraca czas przetwarzania i zmniejsza zużycie energii w porównaniu z procesami wykorzystującymi jedynie podgrzewanie konwencjonalne. Nowe metody przetwarzania pozwalają wytwarzać kompozyty o osnowie ceramicznej i grafit ekspandowany taniej i z wyższą jakością, umożliwiając uzyskiwanie nowych mikrostruktur niewykonalnych w przypadku technologii konwencjonalnych.
Słowa kluczowe
Kompozyty o osnowie ceramicznej, mikrofale, HELM, ekspandowanie grafitu, technologie nagrzewania
