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. Naukowcy badają nowatorskie metody podgrzewania mikrofalowego, które mogłyby uzupełnić, a w dalszej przyszłości całkowicie zastąpić standardowe procesy obróbki termicznej.

Oczekuje się skrócenia czasu przetwarzania co najmniej o 60% i zmniejszenia zużycia energii o 50–60%, co przyniesie ogromne oszczędności. Analizowane procesy konwencjonalne to nasycanie z fazy gazowej (CVI), nasycanie ciekłym krzemem (LSI), ekspandowanie grafitu (GE) oraz impregnowanie i piroliza polimerów (PIP).

Tworzony jest pierwszy w historii piec mikrofalowy CVI wykonany całkowicie z grafitu, co pozwoli zapobiegać zanieczyszczeniu produktu końcowego. Opracowane modele ułatwiły dokładne scharakteryzowanie właściwości termicznych i elektromagnetycznych grafitowych ścian pieca, a prace nad pilotażowym prototypem pieca zbliżają się do końca.

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. Trwa budowa większego systemu laboratoryjnego oraz systemu pilotażowego do dalszych testów i optymalizacji. Mikrofalowa wersja procesu GE również okazała się bardzo szybka i skuteczna. Dzięki współpracy partnerów przemysłowych tworzony jest obecnie piec pilotażowy.

Ze względu na skuteczność bezkrzemowej konstrukcji komory pieca mikrofalowego CVI również podgrzewanie mikrofalowe w procesie PIP będzie się odbywać bez wnęki krzemowej. Symulacje pozwoliły dopracować konstrukcję dającą równomierne pole mikrofalowe.

Naukowcy z projektu HELM są na najlepszej drodze do opracowania nowatorskiej techniki podgrzewania mikrofalowego, która pozwoli znacznie skrócić czas przetwarzania i zmniejszyć zużycie energii w porównaniu z procesami wykorzystującymi jedynie podgrzewanie konwencjonalne. Nowe metody przetwarzania pozwolą wytwarzać kompozyty o osnowie ceramicznej i grafit ekspandowany taniej i z wyższą jakością, umożliwiając uzyskiwanie nowych mikrostruktur niewykonalnych w przypadku technologii konwencjonalnych.