keramimatriisikomposiitit

Keramimatriisikomposiitit ovat komposiitteja, joissa keraaminen matriisi yhdistetään vahvistavaan ainesosaan kuten kuituihin, whiskereihin tai hiukkasiin. Tämä yhdistelmä pyrkii parantamaan keramiikan murtumiskestävyyttä, iskunkestävyyttä ja lämpötilankestoa sekä hallitsemaan termistä laajenemista verrattuna pelkistyneisiin keraameihin.

Matriisina käytetään tyypillisesti keramisesti kestäviä materiaaleja kuten piikarbidi (SiC), pii-nitridi (Si3N4) tai alumiinioksidi (Al2O3). Vahvistus voi olla pitkäkuituinen tai lyhytkuituinen sekä hiukkas- tai whisker-tyyppistä, ja sen tarkoituksena on rikastaa defektien hallintaa, kasvattaa taitto- ja relevanssivirtoutumista sekä sitkeyttä.

Ominaisuudet:

KMC:n etuja ovat korkea käyttölämpötilan kesto, hyvä iskunkestävyys ja usein matalampi lämmönlaajeneminen suhteessa joihinkin perinteisiin keraameihin. Ne voivat nähdä parannuksia murtumismurtuvissa ja termisessä kiertämisessä johtuen vahvistuksesta. Ominaisuudet riippuvat kuitenkin matriisin ja vahvikkeen välisestä liitosta, vahvikkeen määrästä sekä käsittelyn vaikutuksesta.

Valmistusmenetelmät:

KMC:t valmistetaan erilaisilla tekniikoilla kuten sintraus, kuuma puristus, lämpötilan hallittu reagoiva sintraus (reaction-sintering), piinfiltraatio (CVI) ja nestemäisen piin infiltraatio (LSI). Myös spark plasma sintering (SPS) ja hot isostatic pressing (HIP) ovat käytössä. Prosessit vaativat tarkkaa kontrollia matriisin ja vahvikkeen välisestä liitoksesta sekä hapetus- ja ympäristöolosuhteista.

Sovellukset ja haasteet:

KMC:t ovat erityisen kiinnostuneita ilmailu-, avaruus- ja turbomateriaaliteollisuudessa korkeiden lämpötilojen sekä iskupisteiden komponentteina. Haasteisiin kuuluvat korkeat tuotantokustannukset, valmistusvaiheiden monimutkaisuus ja materiaalien pitkäaikainen käytönaikainen kestävyys hapettumisessa sekä ympäristötilanteissa. Esimerkkejä ovat SiC/SiC- ja SiC/Al2O3-yritykset sekä muut teräksittömät keraamiset yhdistelmät.