Zelfreparerende composieten

Samenvatting
Vier onderzoekslaboratoria staan aan de wieg van een zichzelf reparerende
composiet: het zijn Snecma Propulsion Solide van de groep
Safran in samenwerking met het laboratorium voor thermogestructureerde
composieten (LCTS) uit Bordeaux, het LMT van Cachan en de
keramiek en composietengroep van het Insa Lyon. Door het gebruikmaken
van een keramische matrix in dit nieuwe type composiet kan de
levensduur met een factor 1000(!) verhoogd worden.
Details
Bij deze nieuwe technologie wordt juist gebruik gemaakt van een
zwakte van thermogestructureerde composieten dat is ontdekt in het
begin van de jaren ’90. Men constateerde dat met keramiek versterkte
materialen prima gedijen in een omgeving waar oxydatie optreedt, in
dit geval bij aanwezigheid van zuurstof en hogere temperaturen.
Echter op een voorwaarde, dat het niet wordt blootgesteld aan
mechanische belasting! Echter, bij mechanische belasting is de
levensduur maar een paar minuten. Bij verdere studie bleek dat er dat
er corrosie optrad bij vezels die het materiaal versterken. Oxydatie
treedt juist daar op omdat er kleine scheurtjes onstaan door mechanische
belasting in de aanwezigheid van lucht.
Er zijn meerdere oplossingen om de vorming van scheurtjes tegen te
gaan. Men kan bijvoorbeeld het materiaal minder gevoelig maken voor
zuurstof. Men heeft echter gekozen voor het toevoegen van een
substantie die zodra het in contact komt met lucht glas produceert. Op
deze manier worden de onder mechanische belasting gevormde
scheurtjes automatisch gevuld en is er geen contact meer met de
lucht, dus geen corrosie, met als resultaat een extreem lange levensduur
van het materiaal. De technolgie bestaat uit het toevoegen van
boraat aan siliciumcarbonaat. Het boraat zorgt ervoor dat het glas zich
vormt bij een veel lagere temperatuur dan normaal: al bij 600 in plaats
van 1200 graad celcius.

De lucht –en ruimtevaartindustrie, een belangrijke consument van
thermogestructureerde composieten, kan van deze nieuwe technologie
profijt hebben. De hoge kosten van het materiaal worden
terugverdiend door het feit dat de composiet een veel langere
levenduur heeft. Men denkt aan toepassingen in onderdelen van
motoren: bijvoorbeeld de verbrandingskamers en de schoepen van de
straalmotoren. Deze laatsten zouden een zeven maal langere levensduur
hebben ten opzichte van een metalen versie en hoeven dus
tijdens de totale levensduur van een motor niet vervangen te worden.
Niet alleen de langere levensduur, dus minder onderhoud, is een
voordeel van deze nieuwe composiet. Verder zit de winst ‘em ook in
een gewichtsvermindering van 40 procent ten opzichte van de huidige
gebruikte materialen. Verder kan de verbrandingstemperatuur van het
gas omhoog dankzij de goede thermostabiliteit van het materiaal (tot
2700 graden celcius) met een verminderde brandstofconsumptie tot
gevolg. Een pluspunt bij huidige hoge brandstofprijzen.