Compuesto de matriz cerámica de ultra alta temperatura
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Los compuestos de matriz cerámica de temperatura ultra alta ( UHTCMC ) o los compuestos de cerámica de temperatura ultra alta ( UHTCC ) son una clase de compuestos de matriz cerámica refractaria ( CMC ), que aspira a superar los límites asociados con las CMC utilizadas actualmente (C / C y C / SiC) en el campo aeroespacial como sistemas de protección térmica (TPS) y toberas de cohetes . Matriz de carbono reforzado con fibra de carbono ( C / C) se puede usar hasta 3000 ° C porque el carbono es el elemento con el punto de fusión más alto, sin embargo, los C / C son materiales ablativos que disipan la energía consumiéndose por sí mismos. Los compuestos de matriz de carburo de silicio reforzado con fibra de carbono ( C / SiC ) y los compuestos de matriz de carburo de silicio reforzado con fibra de carbono ( SiC / SiC ) se consideran materiales reutilizables porque el carburo de silicio es un material duro con baja erosión y forma una capa de vidrio de sílice durante la oxidación. lo que evita una mayor oxidación del material interior. Desafortunadamente, por encima de una cierta temperatura (depende de las condiciones ambientales de la presión parcial de oxígeno) comienza la oxidación activa de la matriz de carburo de silicio a monóxido de silicio gaseoso (SiO (g) ), con la consiguiente pérdida de protección frente a una oxidación adicional, lo que conduce al material a una erosión rápida e incontrolada. Por esta razón, C / SiC y SiC / SiC se utilizan en el rango de temperatura entre 1200 ° - 1400 ° C.

Por un lado, los CMC son materiales livianos con una alta relación resistencia-peso incluso a altas temperaturas, alta resistencia al choque térmico y tenacidad, pero sufren erosión durante el servicio. Por otro lado, las cerámicas a granel hechas de UHTC (por ejemplo, ZrB 2 , HfB 2 o sus compuestos) son materiales duros que muestran una baja erosión incluso por encima de 2000 ° C, pero las UHTC son pesadas y sufren fracturas catastróficas y baja resistencia al choque térmico en comparación con las CMC . La falla es fácil bajo cargas mecánicas o termomecánicas debido a grietas iniciadas por pequeños defectos o raspaduras. La posibilidad de obtener componentes reutilizables para el campo aeroespacial basados ​​en matriz UHTC en compuestos reforzados con fibra aún está bajo investigación.

La Comisión Europea financió un proyecto de investigación, C3HARME, [1] [2] en el marco de la convocatoria NMP-19-2015 de Programas Marco de Investigación y Desarrollo Tecnológico en 2016 (aún en curso) para el diseño, desarrollo, producción y prueba de un nuevo clase de compuestos de matriz cerámica ultrarrefractarios reforzados con fibras de carburo de silicio y fibras de carbono adecuados para aplicaciones en entornos aeroespaciales severos como posible materiales del sistema de protección térmica (TPS) de ablación casi nula (p. ej. escudo térmico ) y para propulsión (p. ej. boquilla de cohete). [3] [4] La demanda de materiales avanzados reutilizables con capacidad de temperatura superior a 2000 ° C ha aumentado. [5] [6] [7]Recientemente se han investigado compuestos a base de boruro de circonio reforzados con fibra de carbono obtenidos por infiltración de suspensión (SI) y sinterización. [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18]

Avances en la investigación

La Comisión Europea financió un proyecto de investigación, C3HARME, en el marco de la convocatoria NMP-19-2015 de Programas Marco de Investigación y Desarrollo Tecnológico en 2016 (aún en curso) para el diseño, desarrollo, producción y prueba de una nueva clase de cerámica ultrarrefractaria. compuestos de matriz reforzados con fibras de carburo de silicio y fibras de carbono adecuados para aplicaciones en entornos aeroespaciales severos. [19]

Referencias

  1. ^ "c³harme" . www.c3harme.eu .
  2. ^ Sciti, Diletta; Silvestroni, Laura; Monteverde, Frédéric; Vinci, Antonio; Zoli, Luca (17 de octubre de 2018). "Introducción al proyecto H2020 C3HARME - composites cerámicos de próxima generación para ambientes y espacios hostiles por combustión" . Avances en Cerámica Aplicada . 117 (sup1): s70 – s75. doi : 10.1080 / 17436753.2018.1509822 . ISSN 1743-6753 . 
  3. ^ Sciti, D .; Zoli, L .; Silvestroni, L .; Cecere, A .; Martino, GD Di; Savino, R. (2016). "Diseño, fabricación y pruebas de soplete oxicombustible de alta velocidad de una boquilla de fibra C f -ZrB 2 para evaluar su potencial en motores cohete". Materiales y Diseño . 109 : 709–717. doi : 10.1016 / j.matdes.2016.07.090 .
  4. ^ Mungiguerra, Stefano; Di Martino, Giuseppe D .; Savino, Raffaele; Zoli, Luca; Sciti, Diletta; Lagos, Miguel A. (8 de julio de 2018). "Compuestos de matriz cerámica de ultra alta temperatura en entorno de propulsión de cohetes híbridos" . Conferencia Internacional de Ingeniería de Conversión de Energía 2018 . Reston, Virginia: Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. doi : 10.2514 / 6.2018-4694 . ISBN 9781624105715.
  5. ↑ Sziroczak, D .; Smith, H. (2016). "Una revisión de los problemas de diseño específicos de los vehículos de vuelo hipersónicos". Progreso en Ciencias Aeroespaciales . 84 : 1–28. Código bibliográfico : 2016PrAeS..84 .... 1S . doi : 10.1016 / j.paerosci.2016.04.001 . hdl : 1826/10119 .
  6. ↑ Vinci, Antonio; Zoli, Luca; Sciti, Diletta; Watts, Jeremy; Hilmas, Greg E .; Fahrenholtz, William G. (abril de 2019). "Comportamiento mecánico de compuestos TaC / SiC y ZrC / SiC reforzados con fibra de carbono hasta 2100 ° C". Revista de la Sociedad Europea de Cerámica . 39 (4): 780–787. doi : 10.1016 / j.jeurceramsoc.2018.11.017 . ISSN 0955-2219 . 
  7. ^ Mungiguerra, S .; Di Martino, GD; Cecere, A .; Savino, R .; Silvestroni, L .; Vinci, A .; Zoli, L .; Sciti, D. (abril de 2019). "Caracterización de túnel de viento de arco-chorro de compuestos de matriz cerámica de ultra alta temperatura" . Ciencia de la corrosión . 149 : 18-28. doi : 10.1016 / j.corsci.2018.12.039 . ISSN 0010-938X . 
  8. ^ Zoli, L .; Sciti, D. (2017). "Eficacia de una matriz ZrB 2 –SiC en la protección de las fibras C de la oxidación en nuevos materiales UHTCMC" . Materiales y Diseño . 113 : 207–213. doi : 10.1016 / j.matdes.2016.09.104 .
  9. ^ Zoli, L .; Vinci, A .; Silvestroni, L .; Sciti, D .; Reece, M .; Grasso, S. (2017). "Sinterización de plasma de chispa rápida para producir UHTC densos reforzados con fibras de carbono en buen estado" . Materiales y Diseño . 130 : 1-7. doi : 10.1016 / j.matdes.2017.05.029 .
  10. ↑ Galizia, Pietro; Failla, Simone; Zoli, Luca; Sciti, Diletta (2018). "Cf / ZrB 2 UHTCMCs inspirados en salami resistentes producidos por deposición electroforética" . Revista de la Sociedad Europea de Cerámica . 38 (2): 403–409. doi : 10.1016 / j.jeurceramsoc.2017.09.047 .
  11. ↑ Vinci, Antonio; Zoli, Luca; Sciti, Diletta; Melandri, Cesare; Guicciardi, Stefano (2018). "Comprensión de las propiedades mecánicas de los nuevos UHTCMC a través del análisis de árboles de regresión y bosque aleatorio" . Materiales y Diseño . 145 : 97-107. doi : 10.1016 / j.matdes.2018.02.061 .
  12. ^ Zoli, L .; Medri, V .; Melandri, C .; Sciti, D. (2015). "Compuestos continuos de fibras de SiC-ZrB 2 ". Revista de la Sociedad Europea de Cerámica . 35 (16): 4371–4376. doi : 10.1016 / j.jeurceramsoc.2015.08.008 .
  13. ^ Sciti, D .; Murri, A. Natali; Medri, V .; Zoli, L. (2015). "Compuestos de fibra C continua con una matriz porosa ZrB 2 ". Materiales y Diseño . 85 : 127-134. doi : 10.1016 / j.matdes.2015.06.136 .
  14. ^ Sciti, D .; Pienti, L .; Murri, A. Natali; Landi, E .; Medri, V .; Zoli, L. (2014). "Desde fibras de SiC cortadas al azar hasta orientadas continuas - compuestos de ZrB2". Materiales y Diseño . 63 : 464–470. doi : 10.1016 / j.matdes.2014.06.037 .
  15. ↑ Vinci, Antonio; Zoli, Luca; Sciti, Diletta (septiembre de 2018). "Influencia del contenido de SiC en la oxidación de compuestos de ZrB 2 / SiC reforzados con fibra de carbono a 1500 y 1650 ° C en el aire" . Revista de la Sociedad Europea de Cerámica . 38 (11): 3767–3776. doi : 10.1016 / j.jeurceramsoc.2018.04.064 . ISSN 0955-2219 . 
  16. ^ Failla, S .; Galizia, P .; Zoli, L .; Vinci, A .; Sciti, D. (marzo de 2019). "Efecto endurecedor de la distribución de fibras no periódicas sobre la energía de propagación de grietas de los compuestos UHTC". Revista de aleaciones y compuestos . 777 : 612–618. doi : 10.1016 / j.jallcom.2018.11.043 . ISSN 0925-8388 . 
  17. ↑ Galizia, P .; Zoli, L .; Sciti, D. (diciembre de 2018). "Impacto de la tensión residual en la acumulación de daño térmico y módulo de Young de cerámica de temperatura ultra alta reforzada con fibra" . Materiales y Diseño . 160 : 803–809. doi : 10.1016 / j.matdes.2018.10.019 . ISSN 0264-1275 . 
  18. ^ Zoli, Luca; Vinci, Antonio; Galizia, Pietro; Melandri, Cesare; Sciti, Diletta (14 de junio de 2018). "Sobre la resistencia al choque térmico y las propiedades mecánicas de los nuevos UHTCMC unidireccionales para entornos extremos" . Informes científicos . 8 (1): 9148. Bibcode : 2018NatSR ... 8.9148Z . doi : 10.1038 / s41598-018-27328-x . ISSN 2045-2322 . PMC 6002483 . PMID 29904145 .   
  19. ^ "C3HARME" .
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