Thermodynamic calculations of Si-C-O fiber stability in ceramic matrix composites

Abstract

Thermochemical fiber degradation reactions of multiphase Si-C-O fibers in inert (Ar) and oxidic (air) atmosphere as well as single-phase C and SiC fibers in various carbide, nitride and oxide matrices were calculated in the temperature range 1000–2000° C. The calculations indicate a greater stability of the single-phase SiC as compared to the C fiber in all matrices. The C fiber is fairly stable in AlN and Al 2 O 3 matrix. The silicon carbide fiber is stable in AlN and Si 3 N 4 as well as in Al 2 O 3 and SiO 2 . Above critical temperatures metal carbides are formed at the fiber-matrix interface. An attempt was made to define boundary conditions for the fabrication of fiber-reinforced ceramic matrix composites. Die thermochemischen Zersetzungsreaktionen mehrphasiger S-C-O Fasern in inerter (Ar) und oxidierender (Luft) Atmosphäre sowie einphasiger C und SiC Fasern in verschiedenen Carbid-, Nitrid- und Oxid-Matrixwerkstoffen wurden im Bereich 1000–2000° C berechnet. Die Berechungen ergaben für alle Grundwerkstoffe eine höhere Beständigkeit der einphasigen SiC Faser verglichen mit der C Faser. Die C Faser ist in einer AlN und Al 2 O 3 Matrix relativ stabil. Die Siliziumcarbidfaser ist in AlN und Si 3 N 4 aber auch in Al 2 O 3 und SiO 2 beständig. Jenseits kritischer Temperaturen bilden sich Metallcarbide an der Faser-Matrix Grenzfläche. Es wurde versucht, für die Herstellung faserverstärker Verbundwerkstoffe mit Keramikmatrix relevante Rahmenbedingungen anzugeben. On a calculé les réactions de dégradation thermochimique de fibres multiphasées Si-C-O en atmosphère inerte (Ar) et oxydante (air), ainsi que celles de fibres monophasées de C et de SiC dans différentes matrices carbures, nitrures et oxydes pour des températures comprises entre 1000 et 2000° C. Ces calculs prédisent que la fibre monophasée de SiC est plus stable que celle de C dans toutes les matrices. La fibre de C est assez stable dans les matrices d'AlN et d' Al 2 O 3 . La fibre de carbure de silicium est stable dans AlN et Si 3 N 4 , ainsi que dans Al 2 O 3 et SiO 2 . Au-delà d'une certaine température, des carbures métalliques se forment à l'interface fibre-matrice. On a tenté de définir les conditions limites de fabrication de composites à matrice céramique renforcée par des fibres.