Caracterización de la Porosidad y Degradación Mecánica Asociada de Composites Ablativos de Carbono Fenólicos Tratados Térmicamente

RESUMEN Los sistemas de protección térmica (TPS) en aplicaciones aeroespaciales comúnmente emplean composites a base de carbono fenólico y sílice fenólico como materiales ablativos. En la matriz ablativa ocurren pirólisis, evolución de gases y producción de carbón con crecimiento de porosidad, lo que cambia las características térmicas y mecánicas. Por lo tanto, se investiga aquí la porosidad inducida por el tratamiento térmico en composites de carbono fenólico. Las muestras son expuestas a tratamientos térmicos controlados a temperaturas de 500, 700 y 950 K. En consecuencia, la porosidad generada fue examinada y comparada con la del material virgen a temperatura ambiente (RT = 300 K). Se emplea la Microtomografía Computarizada con Rayos X de sincrotrón (S-micro-CT) como una técnica no destructiva de alta resolución con tamaños de vóxel en el rango micrométrico para capturar las microestructuras en términos de segregación de porosidades, fibra y matriz. Este nivel de resolución hace que la técnica sea especialmente atractiva para la obtención de imágenes de la porosidad de ablativos usados en vehículos espaciales de reentrada. Se realizan reconstrucciones 3D y análisis de imágenes S-micro-CT para cuantificar parámetros de porosidad, así como la porosidad total y la distribución del tamaño de poro, en función del tratamiento térmico. Los resultados indican un aumento progresivo de porosidad (de 0.01% a 0.6692%) con el incremento de la temperatura para una exposición de 20 s. Mientras que un aumento de la porosidad conduce a una reducción de resistencia del 3.5% hasta 700 K, se observa una disminución mucho mayor en la resistencia, del 62.3%, a 950 K, que está por encima de la temperatura de transición vítrea. Así, los hallazgos establecen la S-micro-CT como una herramienta robusta y cuantitativa para la caracterización de materiales ablativos, permitiendo una correlación directa entre la evolución de la porosidad y la degradación mecánica inducida térmicamente.