Gli scienziati di NUST MISIS hanno trovato un modo per aumentare la resistenza alla frattura del carburo di silicio, un promettente materiale strutturale per la produzione di parti refrattarie, di 1,5 volte. Questi risultati sono stati ottenuti grazie alla formazione di nanofibre di rinforzo nella struttura. Nel futuro, la tecnologia amplierà la portata dell'applicazione del carburo di silicio come materiale strutturale e refrattario, anche per la costruzione di aeromobili. Gli articoli sullo sviluppo sono stati pubblicati in Ceramica Internazionale e Materiali .

Il mercato globale del carburo di silicio a partire dal 2019 è stimato in 2,58 miliardi di dollari e si prevede che cresca del 16% all'anno. Il carburo di silicio si trova raramente in natura; perciò, questo materiale promettente è sintetizzato artificialmente.

Il carburo di silicio è sempre più utilizzato in vari settori come semiconduttore, materiale da costruzione, materiale abrasivo e refrattario. Per esempio, il suo utilizzo per la fabbricazione di pale di turbine e parti per motori a combustione interna aumenterebbe notevolmente le temperature di esercizio nei motori e ne aumenterebbe notevolmente le caratteristiche:potenza, forza di trazione, efficienza, compatibilità ambientale, ecc. Inoltre, le ceramiche di carburo di silicio prodotte da feldspato a basso costo e sabbia di quarzo possono sostituire con successo parti di leghe contenenti scarso cobalto, nichel, e cromo, che vengono utilizzati nell'ingegneria dei motori.

Il problema chiave della ceramica al carburo di silicio è che funziona bene in compressione, ma è molto sensibile ai difetti strutturali e quindi ha spesso basse resistenze a trazione e flessione, così come una bassa resistenza alla rottura.

Gli scienziati di NUST MISIS hanno trovato un modo per migliorare la capacità di sinterizzazione e aumentare la resistenza alla flessione e la resistenza alla frattura delle ceramiche di carburo di silicio formando nanofibre di rinforzo utilizzando la tecnologia di sintesi ad alta temperatura autopropagante. La sintesi è stata effettuata in più fasi. Primo, polveri di silicio, carbonio, tantalio e PTFE sono stati miscelati in un mulino planetario, quindi la miscela risultante è stata bruciata in un reattore. Nanofibre formate durante il processo di combustione. Nell'ultima fase, il prodotto è stato sinterizzato in forno sottovuoto.

"Grazie all'effetto dell'aggiunta combinata di tantalio e PTFE, siamo stati in grado di sintetizzare un materiale con una matrice di carburo di silicio rinforzata con nanofibre di carburo di silicio. Queste nanofibre attivano la sinterizzazione della ceramica e aumentano le caratteristiche di resistenza del materiale sinterizzato poiché fungono da barriera alla propagazione della frattura, "dice l'autore principale, Dr. Stepan Vorotilo del Centro SHS di NUST MISIS.

Le nanofibre hanno ridotto la temperatura e la durata di sinterizzazione richieste da diverse ore a 1800-2000°C a 60 minuti a 1450°C.

Gli scienziati intendono continuare a lavorare per aumentare la tenacità alla frattura e la resistenza del materiale. La combinazione di buone caratteristiche meccaniche ed economicità del processo di produzione amplierà l'ambito di applicazione del carburo di silicio come materiale strutturale e refrattario.