Carrelage en carbure de silicium Innovation dans les matériaux de protection

Les céramiques de carbure de silicium offrent une résistance exceptionnelle à la corrosion, à l'usure et aux températures élevées. Découvrez comment ces matériaux avancés composent les plaques céramiques pare-balles que l'on trouve dans les produits de blindage les plus importants de l'industrie.

Découvrez les différentes méthodes de production employées pour fabriquer les céramiques de carbure de silicium. Chaque procédé offre des avantages distincts pour la fabrication de ce matériau résistant.

Composite fibreux renforcé uni-pièce résistant à l'oxydation (TUFROC)

TUFROC est à la pointe de la technologie en matière de systèmes de protection thermique (TPS) peu coûteux et réutilisables pour les engins spatiaux. Ce système en deux parties se compose d'un substrat de silice poreuse et d'une capsule de carbone intégrée. La NASA a récemment mis à jour ces formulations, ce qui a permis d'augmenter considérablement la capacité de chauffage et la réutilisabilité. Ainsi, les tuiles Advanced TUFROC ont présenté des températures de surface nettement inférieures à celles des tuiles TUFROC standard dans des conditions de chauffage aéro-convectif identiques.

Ces améliorations, combinées aux caractéristiques propres au TUFROC, lui permettent de résister aux contraintes mécaniques et atmosphériques liées à la rentrée dans l'atmosphère. En outre, ses capacités d'isolation lui permettent de supporter des charges thermiques de rentrée atmosphérique à grande vitesse.

Le TUFROC est un matériau idéal pour le véhicule Dream Chaser de Sierra Space et les futurs engins spatiaux utilisant la fusée BFR/Super Heavy. Les essais en vol du TUFROC à l'Oak Ridge National Laboratory ont déjà commencé et des plans de production peuvent également être envisagés avec ce matériau beaucoup moins cher que les tuiles en carbone-carbone qui étaient courantes dans les véhicules spatiaux de la génération précédente.

Composite isolant fibreux renforcé en une seule pièce (TUFRIC)

Les plaques, carreaux et revêtements céramiques en carbure de silicium sont largement utilisés comme matériaux résistant à la corrosion dans diverses industries. Par exemple, ils peuvent être utilisés comme revêtement céramique en silicate d'alumine dans les fours de distillation à cuve verticale, les cellules électrolytiques en cuivre, les plateaux des fours de rectification et le revêtement des fours de fusion de l'aluminium ; comme plaque d'arc dans les fours à poudre de zinc et les tubes de protection des thermocouples utilisés dans les processus de fusion des métaux non ferreux ; les outils de coupe ou les pièces d'étanchéité mécanique dans les industries mécaniques, etc.

Les réfractaires en carbure de silicium utilisés dans les applications aérospatiales sont exposés à des températures extrêmes lors de l'ascension et de la rentrée dans l'atmosphère, ce qui crée des tensions sur les surfaces qui doivent être protégées contre les flux de chaleur et les tensions élevés. L'innovation de TUFROC offre une alternative moins coûteuse aux tuiles LI-900 de Lockheed actuellement utilisées sur l'orbiteur de la navette spatiale de la NASA pour assurer la protection des surfaces contre les flux de chaleur et les contraintes.

Le TUFROC s'appuie sur 30 ans d'expérience acquise dans le cadre du programme de la navette spatiale pour offrir une barrière thermique haute performance à faible densité, capable de résister à une chaleur et à des contraintes intenses lors de l'ascension, de la rentrée et du retour dans l'atmosphère. Elle peut conserver sa forme sous des gradients de pression et dans des environnements vibroacoustiques, et résister à des changements de taille ou de texture de surface dus à l'exposition à des environnements extrêmes pendant la rentrée dans l'atmosphère.

Système de protection thermique renforcé par des fibres en une seule pièce (TUFROC)

Le TUFROC combine les propriétés de faible densité et d'isolation élevée de la céramique avec la résistance et la stabilité supérieures du carbure de silicium pour améliorer le chauffage de rentrée des véhicules spatiaux à plus de 2900 degrés Fahrenheit pour des missions multiples, tout en réduisant les coûts de lancement et en permettant d'augmenter la capacité de charge utile commerciale et le volume interne du véhicule. Cette combinaison permet aux véhicules spatiaux de la NASA de résister à des températures de rentrée répétées de plus de 2900 degrés F sans encourir de frais de lancement coûteux ni risquer de compromettre la réussite de la mission.

Les dalles Tuffroc sont composées d'une couche de céramique exposée recouverte d'une formulation HETC et d'un matériau de base isolant adjacent recouvert de cette même formulation - les deux éléments étant configurés en composites à gradient fonctionnel avec des espaces permettant une dilatation thermique différentielle entre les matériaux.

Les plaques, tuiles et revêtements anti-usure en carbure de silicium sont couramment utilisés dans les systèmes de production tels que les cyclones, les tubes, les trémies, les tuyaux, les bandes transporteuses et les goulottes, afin d'éviter les contacts métal sur métal qui provoquent l'usure, tout en prolongeant la durée de vie de l'équipement grâce à une réduction des dépenses de maintenance. Les produits TUFROC résistent bien aux conditions d'oxydation sévères que l'on trouve dans ces environnements, tout en restant quatre fois plus résistants que les produits comparables à base de silice liée au nitrure.

Système de protection thermique renforcé par des fibres en une seule pièce (TUFRIC)

TUFRIC est un système de protection thermique léger mis au point par la NASA Ames et actuellement testé en vol sur l'avion X-37B de l'USAF. Ce composite de faible densité et de haute capacité thermique est composé d'isolants carbonés et fibreux traités avec des traitements de surface gradués pour s'adapter aux différents taux de dilatation thermique des matériaux des composants individuels.

Le TUFRIC est un matériau avancé doté de propriétés supérieures de résistance à la température, à la corrosion et à l'abrasion par impact qui lui permettent de résister à des conditions de choc thermique élevé ainsi qu'à des conditions d'oxydation chimique - des qualités qui permettent au TUFRIC de servir cinq à sept fois plus longtemps que les céramiques d'alumine.

La faible conductivité thermique du TUFRIC permet aux engins spatiaux d'utiliser davantage de charge utile et de volume interne tout en contribuant à maintenir la stabilité aérodynamique pendant les phases de rentrée hypersonique du vol.