Recubrimientos de SiC–HfC: Protección Térmica Avanzada para Estructuras Aeroespaciales de Carbono-Carbono

¿Por qué SiC-HfC?

Tanto el carburo de silicio (SiC) como el carburo de hafnio (HfC) son cerámicas de ultra alta temperatura con una resistencia excepcional a la oxidación y a la ablación. El HfC, con un punto de fusión superior a 3.950 °C, es uno de los materiales más refractarios conocidos. El SiC, por otro lado, forma una capa de sílice autorreparable cuando se oxida, proporcionando una excelente estabilidad química y sirviendo como barrera térmica.

Al combinar estos materiales en una estructura multicapa, los ingenieros pueden aprovechar sus propiedades complementarias: la resistencia a la oxidación del SiC y la resistencia a ultra altas temperaturas del HfC.

Aplicaciones Aeroespaciales

El recubrimiento compuesto de SiC-HfC se ha implementado con éxito en aeronaves de alta velocidad basadas en CFC, incluidas las superficies de los bordes de ataque que experimentan el calentamiento aerodinámico más intenso.

Las áreas de aplicación destacadas incluyen:

• Bordes de ataque del morro: donde las temperaturas pueden superar los 2.000 °C durante la reentrada o el vuelo a alta velocidad Mach.
• Secciones de cola horizontales: que requieren tanto estabilidad térmica como rigidez estructural.
• Superficies de control y flaps: que se benefician de una oxidación y erosión reducidas a lo largo de múltiples ciclos de vuelo.

Estructura multicapa para un rendimiento máximo

El recubrimiento suele consistir en capas alternas de SiC y HfC, depositadas mediante deposición química de vapor (CVD) o técnicas asistidas por plasma.

• La capa de SiC sirve como barrera de difusión de oxígeno.
• La capa de HfC soporta las cargas térmicas máximas.
• El diseño interfacial entre el CFC y el recubrimiento reduce los gradientes de tensión, evitando grietas durante la expansión térmica.

Estudios recientes y pruebas aeroespaciales han demostrado que estos recubrimientos multicapa mantienen la integridad estructural después de calentamientos repetidos por encima de los 2.500 °C, lo que los convierte en candidatos ideales para sistemas de protección térmica reutilizables (TPS).

Más allá del sector aeroespacial

Aunque la industria aeroespacial sigue siendo la aplicación más visible, los recubrimientos de SiC–HfC también se están investigando para motores de cohetes de próxima generación, componentes de túneles de viento hipersónicos, y hornos industriales de alta temperatura, donde tanto el control de la oxidación como la resistencia estructural son críticos.