Les scientifiques de NUST MISIS ont trouvé un moyen d'augmenter la résistance à la rupture du carbure de silicium, un matériau de structure prometteur pour la réalisation de pièces réfractaires, de 1,5 fois. Ces résultats ont été obtenus grâce à la formation de nanofibres de renforcement dans la structure. À l'avenir, la technologie élargira le champ d'application du carbure de silicium en tant que matériau structurel et réfractaire, y compris pour la construction aéronautique. Des articles sur le développement ont été publiés dans Céramique Internationale et Matériaux .

Le marché mondial du carbure de silicium en 2019 est estimé à 2,58 milliards de dollars et devrait croître de 16% par an. Le carbure de silicium est rarement trouvé dans la nature; donc, ce matériau prometteur est synthétisé artificiellement.

Le carbure de silicium est de plus en plus utilisé dans diverses industries comme semi-conducteur, materiel de construction, matériau abrasif et réfractaire. Par exemple, son utilisation pour la fabrication d'aubes et de pièces de turbines pour moteurs à combustion interne augmenterait significativement les températures de fonctionnement des moteurs et augmenterait significativement leurs caractéristiques :puissance, puissance de traction, Efficacité, respect de l'environnement, etc. Aussi, les céramiques de carbure de silicium produites à partir de feldspath et de sable de quartz bon marché peuvent remplacer avec succès des pièces d'alliages contenant du cobalt rare, nickel, et chrome, qui sont utilisés dans l'ingénierie automobile.

Le problème clé des céramiques en carbure de silicium est qu'elles fonctionnent bien en compression, mais est très sensible aux défauts structurels et a donc souvent de faibles résistances à la traction et à la flexion, ainsi qu'une faible résistance aux fissures.

Les scientifiques de NUST MISIS ont trouvé un moyen d'améliorer la capacité de frittage et d'augmenter la résistance à la flexion et la résistance à la rupture des céramiques en carbure de silicium en y formant des nanofibres de renforcement à l'aide de la technologie de synthèse à haute température auto-propagée. La synthèse a été réalisée en plusieurs étapes. D'abord, poudres de silicium, carbone, le tantale et le PTFE ont été mélangés dans un broyeur planétaire, puis le mélange résultant a été brûlé dans un réacteur. Nanofibres formées pendant le processus de combustion. Au dernier stade, le produit a été fritté dans une étuve à vide.

"Grâce à l'effet de l'ajout combiné de tantale et de PTFE, nous avons pu synthétiser un matériau à matrice de carbure de silicium renforcé de nanofibres de carbure de silicium. Ces nanofibres activent le frittage de la céramique et augmentent les caractéristiques de résistance du matériau fritté puisqu'elles servent de barrière à la propagation des fractures, " dit l'auteur principal, Dr Stepan Vorotilo du Centre SHS de NUST MISIS.

Les nanofibres ont réduit la température et la durée de frittage requises de plusieurs heures à 1800-2000°C à 60 min à 1450°C.

Les scientifiques prévoient de continuer à travailler sur l'augmentation de la ténacité et de la résistance à la rupture du matériau. La combinaison de bonnes caractéristiques mécaniques et de la rentabilité du processus de production élargira le champ d'application du carbure de silicium en tant que matériau structurel et réfractaire.