Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Feb 2001)
Materiales compuestos C/SiC para aplicaciones estructurales de alta temperatura. Parte II: Sistemas de protección contra la oxidación
Abstract
The fact which currently excludes the use of C/SiC composites in high temperature structural applications is the high oxidation rate of carbon fibres at temperatures higher than 450ºC. In this second part of the paper, a review of the different oxidation protection systems, including inhibitors, surface modification of composites, coatings and previous infiltration of the substrates, has been carried out. The addition of inhibitors reduces the oxidation rate, but only up to 850ºC, while the surface modification of composites leads to thin coatings with poor thermal shock resistance. On the other hand, the external layers are the most usual method employed because allows combining different compositions and thicknesses. The multilayer coatings are especially interesting in applications with wide temperature range and thermal shocks requirements. The infiltration of substrate porosity improves slightly the oxidation resistance of C/SiC composites reducing the oxygen accessibility to carbon fibres. However, the infiltration complements very well the oxidation protection performance of a coating system at low temperature, since these normally present open cracks due to mismatch between coating and substrate thermal expansion coefficients.<br><br>La utilización de los materiales compuestos C/SiC en aplicaciones estructurales a alta temperatura está limitada por la elevada velocidad de oxidación de la fibra de carbono a temperaturas superiores de 450ºC. En esta segunda parte del trabajo se realiza una revisión de las posibilidades de protección contra la oxidación de estos materiales, incluyendo inhibidores, modificación superficial del material compuesto, recubrimientos e infiltración previa del sustrato. La eficacia de los inhibidores de la reacción de oxidación esta restringida a temperaturas de hasta 850ºC, mientras que la modificación superficial del material compuesto da lugar a capas delgadas y poco resistentes a los ciclos térmicos. En cambio, los recubrimientos son el método más empleado porque permiten combinar composiciones y espesores de capa muy variados. La estructura multicapa es especialmente interesante en el caso de aplicaciones con intervalos de temperatura de trabajo amplios y cuando el material va a estar sometido a choques térmicos. La infiltración de la porosidad del sustrato sólo mejora ligeramente la resistencia a la oxidación del material compuesto C/SiC al reducir los caminos de acceso del oxígeno a las fibras de carbono. Sin embargo, la infiltración complementa en gran medida las propiedades antioxidantes de los recubrimientos en el intervalo de bajas temperaturas, ya que estos suelen presentar fisuras abiertas por diferencias de dilatación térmica con el sustrato.
