Protección contra la oxidación de materiales compuestos SiC(C/SiC) mediante la combinación de recubrimientos de silicatos de itrio y sílice

Abstract

El principal inconveniente para la utilización de los materiales compuestos C/SiC en aplicaciones estructurales de alta temperatura es la elevada velocidad de oxidación de la fibra de carbono por encima de 450°C (1). Por esta razón, es necesario el desarrollo de recubrimientos capaces de proteger de la oxidación a estos materiales durante periodos prolongados a temperaturas de hasta 1600°C. Habitualmente, los recubrimientos están formados por multicapas con características antioxidantes complementarias. El objetivo de este trabajo ha sido el desarrollo de un recubrimiento multicapa formado por una capa interior de SiC, una intermedia de silicatos de itrio: Y 2 Si 2 O 7 y Y 2 SiO 5 , y una exterior de SiO 2 . En su procesamiento se han empleado diferentes técnicas: pulverizado con soluciones de policarbosilanos, inmersión en suspensiones coloidales y técnica solgel, respectivamente. Se ha analizado la influencia sobre la resistencia a la oxidación del material, y se ha realizado un estudio microestructural por MEB previo y posterior al ensayo de oxidación. Las presencia de fisuras en la capa interior de SiC origina una resistencia a la oxidación muy reducida a baja temperatura. Solamente cuando el substrato está protegido por la triple capa la reducción de la velocidad de oxidación es considerable y la pérdida de peso se reduce del 50%, cuando el substrato está protegido por la capa de SiC, al 15% con la triple capa. Palabras clave: SiC(C/SiC), silicatos de itrio, SiO 2 , recubrimientos, resistencia a la oxidación Oxidation protection of SiC(C/SiC) composite material by combination of yttrium silicates and silica coatingsThe factor which currently precludes the use of carbon fibre reinforced silicon carbide (C/SiC) in high temperature structural applications is the oxidation of carbon fibres at temperatures greater than 450°C (1). For this reason, it is necessary to develop coatings capable of protecting C/SiC components from oxidation for extended periods at 1600°C. Conventional coatings consist of multilayers of different materials with complementary antioxidant properties. The objective of this work was to develop a multilayer coating consisted by a bonding layer of SiC, a intermediate layer of yttrium silicates: Y 2 Si 2 O 7 and Y 2 SiO 5 , and an external layer of SiO 2 . Different techniques have been used to prepare the layers: painting with policarbosilane solutions, slip-coating and sol-gel, respectively. The behaviour against oxidation of coated composite material has been evaluated, and the samples before and after oxidation has been characterised by SEM. The cracking of SiC coating leads to a very low oxidation resistance at low temperatures. Only when the substrate is protected by the trilayer coating the reduction of the oxidation rate is considerable, and the weight loss is reduced from 50% (with a SiC coating) to 15%.

Recubrimientos sol-gel obtenidos por deposición electroforética (EPD) sobre metales

“…Las relaciones molares utilizadas fueron MTES/TEOS = 40/60 y H 2 O / (MTES+ TEOS) = 1,75 y la concentración del sol fue 200g/l. La relación se ha elegido por ser la que conduce a mayores espesores críticos [16]. Partiendo de pH 3 se ha estudiado la influencia del pH en las propiedades del sol y en las características de los recubrimientos mediante la adición de hidróxido de tetrametil amonio (TMAH) hasta valores de pH de 5 y 7.…”

Materiales compuestos C/SiC para aplicaciones estructurales de alta temperatura. Parte II: Sistemas de protección contra la oxidación

“…La incor-poraci-n de una capa exterior adicional de SiO 2 obtenida a partir de soluciones sol-gel reduce considerablemente la velocidad de oxidaci-n de la fibra de carbono en los ensayos c'clicos. La pŽrdida de peso resultante (15%) se centra exclusivamente en los ensayos a temperaturas inferiores a 900¼C, indicando la necesidad de aplicar una nueva capa funcional con capacidad viscopl ‡stica para sellar las fisuras de las capas colindantes entre 450 y 900¼C (72). Partiendo de soluciones solgel tambiŽn se puede generar silicatos de itrio con alc-xidos de silicio e itrio, aunque el principal problema radica en la obtenci-n de recubrimientos gruesos.…”