ألياف كربيد السيليكون المستخدمة في تقوية المواد المركبة
ألياف كربيد السيليكون هي نوع من المواد الخزفية عالية الأداء مع الكربون والسيليكون كمكونات رئيسية. من الناحية الشكلية، تنقسم إلى ألياف كربيد السيليكون الشعيرات وألياف كربيد السيليكون المستمرة، وتتميز بمقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية، والصلابة العالية، والقوة العالية، والاستقرار الحراري العالي، ومقاومة التآكل، والكثافة المنخفضة.
وبالمقارنة مع ألياف الكربون، يمكن أن تحافظ ألياف كربيد السيليكون على أداء جيد في ظل الظروف القاسية. نظرًا لأدائها الجيد، فقد اجتذبت الكثير من الاهتمام في مجالات التكنولوجيا الفائقة مثل الفضاء والأسلحة والمعدات العسكرية، وتستخدم عادة كمواد مقاومة لدرجات الحرارة العالية ومواد تقوية. إلى جانب ذلك، مع تطوير تكنولوجيا التحضير، يمتد تطبيق ألياف كربيد السيليكون تدريجياً ليشمل المعدات الرياضية المتقدمة، وجمع غبار نفايات غازات نفايات السيارات، والجوانب الصناعية المدنية الأخرى.
مركبات مصفوفة كربيد السيليكون
مع تطور العلوم والتكنولوجيا، طُرحت متطلبات أعلى لأداء المواد ذات درجة الحرارة العالية في مجالات الفضاء والأسلحة والمعدات العسكرية. يجب أن تتمتع المواد ذات درجة الحرارة العالية بقوة عالية، ومعامل عالٍ، ومقاومة جيدة للتآكل الكيميائي، ومقاومة الزحف، ومقاومة الأكسدة، ومقاومة الأكسدة، ومقاومة التعب وغيرها من الخصائص المتفوقة في بيئة درجات الحرارة العالية. وتتمتع ألياف كربيد السيليكون بخصائص جيدة في هذه الجوانب، فضلاً عن توافقها الجيد مع السيراميك والمصفوفة المعدنية، لذا فقد جذبت الانتباه في هذه المجالات وتستخدم لتقوية المواد المركبة.
* مركب مصفوفة السيراميك
يشير مركب مصفوفة السيراميك إلى المادة المركبة التي تتشكل عن طريق إدخال مادة التسليح في مصفوفة السيراميك مع مادة التسليح المدخلة كمرحلة مشتتة ومصفوفة السيراميك كمرحلة مستمرة. في الوقت الحاضر، يتم استخدام طريقة CVD وطريقة تحويل ألياف الكربون المنشط بشكل أساسي لتحضير مركبات مصفوفة السيراميك المقواة بكربيد السيليكون.
في مجال صناعة الطيران، تُستخدم مركبات مصفوفة السيراميك بشكل أساسي في مكونات النهاية الساخنة للمحرك، بما في ذلك أجزاء فوهة الذيل، وغرفة الاحتراق، والحارق اللاحق، والحلقة الخارجية للتوربينات، وريشة التوجيه، وشفرة الدوار وما إلى ذلك. تتطلب هذه المكونات أداءً عاليًا للمواد عالية الحرارة.
* مركب المصفوفة المعدنية
تتمتع مركبات المصفوفة المعدنية بخصائص المواد المعدنية والمواد غير المعدنية. ومقارنةً بالمواد المفردة، فإنها تتمتع بخصائص ميكانيكية وفيزيائية أفضل مثل مقاومة التآكل والمتانة والتمدد الحراري والتوصيل الكهربائي.
وتتمتع مركبات المصفوفة المعدنية المعززة بألياف كربيد السيليكون بأداء أفضل من حيث القوة النوعية والصلابة النوعية ومعامل التمدد الحراري والتوصيل الحراري ومقاومة التآكل، كما أنها سهلة الإنتاج لمركبات مصفوفة معدنية مؤهلة. بالإضافة إلى ذلك، بالمقارنة مع ألياف البورون، فإن تكلفة إنتاجها أقل، ولها إمكانية تطبيق واسعة في الصناعات المدنية مثل الفضاء، والأسلحة والمعدات العسكرية، والمعدات الرياضية، والسيارات.
تشمل طرق التحضير الشائعة لمركبات المصفوفة المعدنية: تعدين المسحوق، وتكنولوجيا الترسيب بالرش، وطريقة الصب، وطريقة إعادة التركيب بالموجات فوق الصوتية عالية الطاقة، وطريقة إعادة التركيب في الموقع، وما إلى ذلك، وقد تم استخدام طريقة تعدين المسحوق لأول مرة. نظرًا للاختلافات في المبادئ والعمليات التكنولوجية، تختلف خصائص المركبات التي تنتجها طرق التحضير هذه، ولكل طريقة بعض العيوب. على سبيل المثال، تتمتع تقنية الترسيب بالرش بدورة تحضير قصيرة وكفاءة إنتاج عالية، ولكن لها أيضًا عيوب مثل المعدات باهظة الثمن والمسامية العالية والفاقد الكبير للمواد الخام.
تشمل مركّبات المصفوفة المعدنية الشائعة من كربيد السيليكون مركّبات مصفوفة الألومنيوم المقواة بكربيد السيليكون، ومركّبات مصفوفة التيتانيوم المقواة بكربيد السيليكون، ومركّبات مصفوفة المغنيسيوم المقواة بكربيد السيليكون، ومركّبات مصفوفة النحاس المقواة بكربيد السيليكون، وما إلى ذلك، وهناك العديد من الأبحاث حول مصفوفة التيتانيوم المقواة بكربيد السيليكون ومركّبات مصفوفة الألومنيوم.
بعد عقود من البحث والتطوير، تم تحسين طرق تحضير ألياف كربيد السيليكون وخصائصها بشكل كبير. من بينها، تعد تقنية تحضير طريقة تحويل السلائف ناضجة نسبيًا، وتعد طريقة تحويل ألياف الكربون المنشط اتجاهًا بحثيًا مهمًا لتحقيق الإنتاج الصناعي لألياف كربيد السيليكون. إلى جانب ذلك، توسع تطبيق مصفوفة السيراميك المقواة بألياف كربيد السيليكون ومركبات المصفوفة المعدنية تدريجياً من مجالات الفضاء والمجالات العسكرية إلى المجالات الصناعية المدنية.
Chin Trento
