Vlákno karbidu křemíku

Karbid křemíku je pružný, pevný, oxidaci odolný keramický materiál s nízkou hustotou, který se používá v prostředí s vysokou teplotou k vyztužení kompozitních materiálů.

Uhlíkové nanotrubičky si díky svým výjimečným vlastnostem v extrémních teplotních podmínkách získaly velkou pozornost v leteckém a vojenském průmyslu a výrobě zbraní a vybavení. Kromě toho lze tyto materiály použít také ke zpevnění kompozitů s keramickou matricí.

Vysokoteplotní konstrukční aplikace

Vlákna karbidu křemíku jsou atraktivní volbou materiálu pro vysokoteplotní konstrukční aplikace díky kombinaci vysoké specifické pevnosti, nízké tepelné roztažnosti a vynikající odolnosti proti opotřebení. Karbid křemíku lze použít k vyztužení kompozitů s kovovou matricí s vynikající tepelnou stabilitou a elektrickou vodivostí.

Vlákna karbidu křemíku se rovněž vyznačují vynikající odolností proti oxidaci a snadnou přípravou, což z nich činí vynikající alternativu k vláknům boru pro mnoho aplikací. Kromě toho jsou karbidová vlákna křemíku ideálním kandidátem pro vysokorychlostní mechanické aplikace, jako jsou letecké a kosmické konstrukce nebo konstrukce bezpilotních letadel (UAV).

V této studii jsme vyvinuli nový postup pro vytvoření neoxidativních vláken karbidu křemíku vhodných pro vysokoteplotní aplikace pomocí pyrolýzy polykarbosilanového prekurzoru. Vyrobená vlákna byla hodnocena pomocí skenovací elektronové mikroskopie a rentgenové difrakční analýzy; nepravidelně tvarované částice SiC prášku sloužily jako výchozí materiál pro výrobu tkaných kompozitů z karbidu křemíku vyztužených vlákny s keramickou matricí pomocí technologie binder jetting; jejich zhušťovací chování a mikrostruktura byly hodnoceny prostřednictvím šesti cyklů infiltrace/pyrolýzy polymeru.

Letectví a obrana

Vlákna karbidu křemíku jsou díky své výjimečné tepelné odolnosti a dalším vlastnostem již dlouho využívána odborníky v leteckém průmyslu, takže jsou oblíbenými součástmi používanými v leteckých motorech a systémech tepelného řízení. Karbid křemíku zpevňuje kompozity s keramickou matricí (CMC) pro použití v těchto motorech nebo systémech - mají třetinovou hustotu oproti součástem ze slitin niklu a zároveň snižují celkovou hmotnost letadla tím, že snižují celkovou hustotu.

(Mikro)mechanická zařízení MEMS kombinují mechanické aktuátory nebo senzory s integrovanými elektronickými obvody pro zvýšení funkčnosti, včetně snímačů tlaku, akcelerometrů, termočlánků a piezoelektrických generátorů. Vlákna z karbidu křemíku lze také splétat do mikrostrukturních MEMS pro dosažení vynikajících mechanických a chemických vlastností i při extrémních teplotách.

Předpokládá se, že severoamerické trhy budou mít vedoucí postavení na světovém trhu s vlákny karbidu křemíku, pokud jde o růst, v důsledku rostoucí aktivity v oblasti výroby letecké a vojenské techniky. Předpokládá se, že rostoucí výdaje na obranu a financování NASA rovněž zvýší poptávku po vláknech z karbidu křemíku; navíc jejich použití v zařízeních pro napájení elektromobilů má schopnost prodloužit dojezdovou vzdálenost při současném snížení energetických ztrát baterie a velikosti komponent, což zvyšuje účinnost systému.

Energie a napájení

Vlákna z karbidu křemíku jsou vhodná pro aplikace náročné na výkon, nabízejí vysokou vodivost a pevnost při nízké tepelné roztažnosti. Jejich kombinace z nich činí ideální materiál pro vysokonapěťové elektrické komponenty a pro aplikace přenosu a distribuce energie.

Díky své schopnosti odolávat oxidaci jsou ideální pro použití při výrobě kompozitů s keramickou matricí, které se hojně využívají při výrobě palivových obalů jaderných reaktorů, jež odolávají extrémním teplotám, takže poptávka po těchto vláknech časem pravděpodobně výrazně vzroste.

Očekává se, že letecký a kosmický průmysl bude hnací silou růstu trhu s vlákny karbidu křemíku díky rostoucím výdajům na obranu a rostoucím dodávkám komerčních letadel ve Spojených státech. Kromě toho může zvýšené financování NASA a výdaje na obranu zvýšit poptávku po titanových, hliníkových a keramických kompozitních výrobcích v Americe díky jejich schopnosti pracovat v prostředí s vysokou teplotou.

Průmyslové

Vlákna karbidu křemíku jsou široce využívána pro výrobu kompozitů s keramickou matricí a jako alternativa superslitin na bázi niklu při výrobě leteckých komponentů. Kromě toho se karbid křemíku díky svým radiačně odolným vlastnostem stává stále oblíbenějším v energetickém průmyslu pro keramické obklady a struktury aktivní zóny jaderných reaktorů.

Vysoká teplotní stabilita a chemická inertnost činí z oxidu hlinitého vynikající materiál pro vyztužování vysokoteplotních kompozitů, protože si zachovává pevnost i při vyšších teplotách. Jeho pevnost v tahu navíc zajišťuje mechanické vlastnosti bez zvýšení hmotnosti - což je neocenitelná vlastnost pro aplikace citlivé na hmotnost, jako je automobilový a letecký průmysl.

Tkaná vlákna karbidu křemíku jsou široce využívána v kovovýrobě jako izolační materiál a výztuž žáruvzdorných materiálů, jako je oxid křemičitý, oxid hlinitý a nitrid hliníku. Kromě toho jsou díky nízkému obsahu kyslíku vhodná pro použití v plynových turbínách, a to díky vyšším teplotám, kterým jsou schopna odolávat.