Влакно от силициев карбид

Влакното от силициев карбид е гъвкав, здрав, устойчив на окисляване и с ниска плътност керамичен материал, използван в среда с висока температура за подсилване на композитни материали.

Благодарение на изключителните си характеристики при екстремни температурни условия въглеродните нанотръбички са привлекли широко внимание както в космическата, така и във военната индустрия за оръжия и оборудване. Освен това тези материали могат да се използват и за укрепване на композити с керамична матрица.

Високотемпературни структурни приложения

Влакната от силициев карбид са привлекателен избор на материал за високотемпературни структурни приложения поради комбинацията от висока специфична якост, ниско термично разширение и отлична износоустойчивост. Силициевият карбид може да се използва за подсилване на композити с метална матрица с превъзходна термична стабилност и електропроводимост.

Влакната от силициев карбид също така се отличават с отлична устойчивост на окисляване и лесна подготовка, което ги прави отлична алтернатива на влакната от бор за много приложения. Освен това влакната от силициев карбид са идеален кандидат за високоскоростни механични приложения, като например конструкции за космически или безпилотни летателни апарати (БЛА).

В това изследване разработихме нов процес за създаване на неокислителни влакна от силициев карбид, подходящи за високотемпературни приложения, като използваме пиролиза на поликарбосиланов прекурсор. Произведените влакна са оценени чрез сканираща електронна микроскопия и рентгенов дифракционен анализ; праховите частици от SiC с неправилна форма служат като изходни материали за създаване на тъкани композити от силициев карбид, подсилени с влакна от керамична матрица, чрез използване на технологията за струене на свързващо вещество; тяхното поведение при уплътняване и микроструктура са оценени чрез шест цикъла на полимерна инфилтрация/пиролиза.

Аерокосмическа индустрия и отбрана

Влакната от силициев карбид отдавна се използват от специалистите в авиационната индустрия поради изключителната им термична устойчивост и други свойства, което ги прави популярни компоненти, използвани в двигателите на самолетите и системите за топлинно управление. Силициевият карбид укрепва керамичните матрични композити (CMC) за използване в тези двигатели или системи - с една трета по-голяма плътност от компонентите от никел-метални сплави, като същевременно намалява общото тегло на самолета чрез намаляване на общата плътност.

(Микро)механичните устройства MEMS съчетават механични изпълнителни механизми или сензори с интегрирани електронни схеми за по-голяма функционалност, включително сензори за налягане, акселерометри, термодвойки и пиезоелектрични генератори. Влакната от силициев карбид също могат да бъдат вплетени в микроструктурирани MEMS за превъзходни механични и химични характеристики дори при екстремни температури.

Прогнозите са, че пазарите в Северна Америка ще бъдат водещи на световния пазар на влакна от силициев карбид по отношение на растежа, в резултат на нарастващата производствена дейност в областта на космическото и военното оборудване там. Предвижда се нарастващите разходи за отбрана и финансирането на НАСА също да увеличат търсенето на влакна от силициев карбид; освен това използването им в устройствата за захранване на електрически превозни средства има способността да увеличи разстоянието на шофиране, като същевременно намалява загубите на енергия в батериите и размера на компонентите, увеличавайки ефективността на системата.

Енергия и захранване

Влакната от силициев карбид са подходящи за приложения, изискващи много енергия, като предлагат висока проводимост и здравина при ниски стойности на термично разширение. Тяхната комбинация ги прави идеален материал за електрически компоненти с високо напрежение, както и за приложения за пренос и разпределение на енергия.

Способността им да устояват на окисляване ги прави идеални за използване в производството на композитни материали с керамична матрица - широко използвани за изграждане на горивна обвивка на ядрени реактори, която издържа на екстремни температури - така че търсенето на тези влакна вероятно ще нарасне значително с течение на времето.

Очаква се аерокосмическата индустрия да стимулира растежа на пазара на влакна от силициев карбид поради нарастващите разходи за отбрана и увеличаващите се доставки на търговски самолети в САЩ. Освен това увеличеното финансиране на НАСА и разходите за отбрана могат да увеличат търсенето на титанови, алуминиеви и керамични композитни продукти в Америка поради способността им да работят при високи температури.

Индустриален

Влакната от силициев карбид се използват широко за производство на композити с керамична матрица и като алтернатива на суперсплавите на никелова основа в производството на компоненти за космическата индустрия. Освен това влакната от силициев карбид стават все по-популярни в енергетиката за керамични облицовки и структури на ядрените реактори поради своите радиационно устойчиви свойства.

Високотемпературната стабилност и химическата инертност правят алуминиевия оксид отличен материал за подсилване на високотемпературни композити, тъй като запазва здравината си дори при по-високи температури. Освен това неговата якост на опън осигурява механични характеристики, без да увеличава теглото - безценна характеристика за чувствителни към теглото приложения като автомобилостроенето и авиацията.

Тъканите влакна от силициев карбид се използват широко в металообработващата промишленост като изолационен материал и за подсилване на огнеупорни материали като силициев диоксид, алуминиев оксид и алуминиев нитрид. Освен това ниското им съдържание на кислород ги прави подходящи за приложения в газови турбини поради по-високите температури, на които могат да издържат.