Высокотемпературные SiC композиты методом Binder Jetting

Большинство металлических материалов для аддитивного производства ограничены рабочими температурами 600-800°C. Для компонентов горячей части газовых турбин, ракетных двигателей и высокотемпературных печей этого недостаточно. Керамические композиты SiC/SiC работают при температурах до 1400°C и выше.

В этом проекте мы осваивали технологию Binder Jetting для изготовления преформ из карбида кремния с последующей инфильтрацией.

Почему SiC

Карбид кремния (SiC) — уникальный материал для экстремальных условий:

• Рабочая температура до 1600°C (в инертной среде)
• Высокая жёсткость при малой плотности (3.2 г/см³ vs 8 г/см³ для никелевых сплавов)
• Отличная стойкость к окислению
• Химическая инертность

Проблема — SiC невозможно плавить лазером (он разлагается при ~2700°C). Поэтому классическое СЛП не подходит.

Технология Binder Jetting

Binder Jetting — технология послойного нанесения связующего на порошок. В отличие от СЛП, здесь нет плавления — порошок склеивается полимерным связующим. После печати получается «зелёная» деталь, которую нужно упрочнить.

Этапы процесса

1. Печать. Нанесение связующего на слои порошка SiC. Получается пористая преформа с ~50% плотности.

2. Отверждение. Термообработка для полимеризации связующего и удаления растворителя.

3. Инфильтрация. Пропитка расплавом кремния при ~1450°C. Кремний реагирует со свободным углеродом, образуя дополнительный SiC и заполняя поры.

4. Финишная обработка. При необходимости — алмазная шлифовка посадочных поверхностей.

Результаты

Освоенная технология позволяет изготавливать:

• Теплозащитные экраны и футеровки
• Элементы камер сгорания
• Опоры и кронштейны для высокотемпературных зон
• Лабораторную оснастку для термообработки