keraamimatriisikomposiitit

Keraamimatriisikomposiitit (CMC) ovat komposiittimateriaaleja, joissa keraaminen matriisi yhdistyy vahvistukseen, yleensä keraamisiin kuituihin tai hiilikuituihin. Tämä yhdistelmä parantaa korkean lämpötilan kuormituksen kestävyyttä sekä iskunkestoa ja mahdollistaa kevyemmän rakenteen verrattuna monoliittisiin keraameihin. CMC:t säilyttävät lujuutensa korkeissa lämpötiloissa, mutta ne ovat vähemmän hauraita kuin metallit, mikä antaa paremman damage-tolerancein.

Yleisimmät matriisit ovat SiC-, Si3N4- ja Al2O3-matriisit. Vahvistuksena käytetään usein SiC-kuituja tai hiilikuituja. CMC:t voivat olla kuituvahvistettuja tai koostua pienemmistä hiukkasvahvistuksista; kuidun suunnalla ja mikrorakenteella on keskeinen vaikutus lujuuteen, kestävyyteen ja lämmönjohtavuuteen.

Valmistusmenetelmät kattavat CVI:n (chemical vapor infiltration), PIPin (polymer impregnation and pyrolysis) sekä LSI:n (liquid silicon infiltration), lisäksi käytetään reaction-bonded- ja HIP-pohjaisia densifiointiprosesseja. Usein matriisi täytetään useilla kahdella tai useammalla kierroksella, ja prosessit voivat aiheuttaa matriisin poroitusta tai jännityksiä, joilla on vaikutusta lopullisiin ominaisuuksiin.

Ominaisuudet: CMC:t ovat kevyitä, niillä on korkea lujuus ja erinomainen lämpötilan kesto sekä hyvä lämpöshokkikestävyys. Osa CMC:istä on alttiita oksidatiiviselle heikkenemiselle, erityisesti hiilivahvistuksessa; ympäristöbarrier- ja pinnoitteet (Environmental Barrier Coatings, EBC) voivat parantaa kestävyyttä hapettumisessa ja kosteudessa.

Sovellukset ja haasteet: käytetään laajasti ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, turbokoneiden ja polttoainejärjestelmien sekä korkeissa lämpötiloissa toimivien jarrujen ja eristysten osissa. Keskeisiä haasteita ovat tuotantokustannukset, prosessien hallinta sekä pitkän aikavälin luotettavuuden varmistaminen massatuotannossa.