Vlákno karbidu křemíku

Vlákna z karbidu křemíku (SiC Fibre) jsou extrémně odolný a zároveň lehký materiál vhodný pro vysokoteplotní aplikace, který se vyznačuje pozoruhodnými vlastnostmi, jako je odolnost proti oxidaci při vysokých teplotách, tvrdost, tuhost, tepelná stabilita a odolnost proti korozi.

Vlákna SiC vynikají při práci v prostředí s vysokým radiačním zářením, díky čemuž jsou oblíbená u provozovatelů jaderných elektráren a používají se také v kompozitech s keramickou matricí pro zlepšení pevnosti a utajení součástí leteckých motorů.

Vysoká pevnost

Karbid křemíku je ideálním materiálem pro vytváření vysoce výkonných kompozitů s kovovou matricí (MMC), které při použití jako výztuže nabízejí výrazné zlepšení z hlediska odolnosti proti otěru, měrné pevnosti, houževnatosti, koeficientu tepelné roztažnosti a elektrické vodivosti. Karbid křemíku navíc poskytuje dvojnásobnou pevnost a 20% vyšší tepelnou odolnost ve srovnání se superslitinami na bázi niklu, přestože váží o dvě třetiny méně.

SiC má extrémně vysokou pevnost v tahu přibližně 4 GPa a lze jej vyrábět ve formě kroucených vláken o průměru od 5 do 150 mikronů. Existují různé výrobní přístupy, ale jedním z nich s dlouhou historií je proces Yajima, který využívá keramický kapalný polymer roztočený přes spinneret do zelených (nevypálených) vláken, která pak procházejí několika kroky, včetně času stráveného ve vysokoteplotních pecích, aby se vytvořil materiál SiC s požadovanými chemickými vlastnostmi.

Výrobci karbidu křemíku dodávají svá vlákna do různých průmyslových odvětví, včetně metalurgie, chemie, obnovitelných zdrojů energie a průmyslu. Největší podíl na tomto trhu bude mít energetika a energetika, protože vlákna SiC jsou široce využívána jako izolant v elektrárenských žáruvzdorných materiálech, jako je oxid hlinitý a nitrid křemíku pro použití jako izolační materiál elektráren; rovněž lopatky plynových turbín těží z toho, že mají tuto pružnou oxidační odolnost, která dosahuje 1650 stupňů C při nižší hustotě než přírodní minerály, jako je moissanit.

Odolnost vůči vysokým teplotám

Karbid křemíku je známý svou pevností a odolností vůči oxidaci, což z něj činí ideální materiál pro prostředí s vysokými teplotami, jako jsou letecké motory. Karbid křemíku se používá zejména jako náhradní materiál v součástech leteckých motorů jako náhrada superslitin na bázi niklu; kromě toho se běžně vyskytuje v tepelných štítech, dopravníkových pásech a filtrech vystavených působení vysokoteplotních plynů nebo kapalných kovů.

Karbid křemíku se od uhlíkových vláken liší tím, že jeho pevnost a výkonnost zůstávají zachovány i při vysokých teplotách díky tomu, že při vysokoteplotním spékání dochází ke spékání velkých zrn SiC. Karbid křemíku jako vlákno je proto atraktivní volbou materiálu pro letecké/vojenské součásti zbraní/vybavení, stejně jako pro průmyslové vysokoteplotní součásti a kompozity s keramickou matricí.

Sylramic a Hi-Nicalon jsou výrobci tkaných vláken z karbidu křemíku odolných vůči vysokým teplotám. Tento tepelně podpůrný materiál dodávají do odvětví metalurgie, chemie, energetiky a úpravy vody, kde zařízení potřebují tepelnou podporu - na trhy, které budou podporovat poptávku po těchto vysokoteplotně odolných vláknech.

V současné době se vyvíjí inovativní metoda výroby vláken karbidu křemíku s odolností vůči vysokým teplotám. Ta spočívá v ponoření prekurzorových vláken do roztoku reakčních monomerů s katalyzátorem, aby došlo k mírně kontrolovatelné chemické reakci před spékáním bez konvenčního vytvrzování, takže lze zachovat tloušťku zesíťované vrstvy úměrnou průměru vlákna.

Lehké

Karbid křemíku je lehký, má vysoký poměr pevnosti k hmotnosti a je extrémně tvrdý a odolný proti oděru. Kromě toho je díky své tepelné a chemické stabilitě ideálním materiálem pro aplikace při vysokých teplotách nebo v drsném prostředí.

Po vláknech karbidu křemíku bude pravděpodobně silná poptávka ze strany leteckého průmyslu, zejména po tryskách pro letecký průmysl, pohonných jednotkách a vložkách spalovacích motorů, které se používají jako náhrada tradičních kovů v součástech letadel, jako jsou trysky. Schopnost vláken SiC zlepšovat účinnost motorů snižováním emisí CO2 a NOx a současně zvyšovat schopnost utajení bude pravděpodobně podporovat růst tohoto trhu. Rostoucí potřeby jaderných elektráren ve vyspělých i rozvojových zemích navíc zvýší využití SiC vláken jako nedílné součásti kanálových boxů a aplikací palivových plášťů - což dále zvýší využití SiC vláken jako součásti kanálových boxů nebo struktur palivových plášťů využívajících SiC vlákna jako klíčové součásti - což dále podpoří růst tohoto trhu.

Karbid křemíku je díky svým vynikajícím vlastnostem - včetně odolnosti vůči oxidaci a vysoké tepelné stabilitě - ideálním materiálem pro letecké komponenty, takže je vhodný pro použití v tryskách, turbínách a vrtulích. Jeho vynikající elektrická vodivost mu navíc umožňuje hrát zásadní roli při výrobě superslitin a oxidokeramických kompozitů.

Tato zpráva nabízí hloubkovou analýzu globálního trhu s vlákny z karbidu křemíku, která zahrnuje segmenty trhu a prognózy. Zahrnuje analýzy dopadů PESTEL, PORTER a COVID-19 a doporučení pro investory a vedoucí pracovníky. Kromě toho tato zpráva obsahuje konkurenční analýzu klíčových hráčů s ohledem na jejich produktové portfolio a regionální přítomnost.

Odolnost proti korozi

Karbid křemíku je jedním z nejodolnějších dostupných materiálů, který je schopen odolávat vysokému namáhání a teplotám, aniž by pod tlakem praskal, což z něj činí vhodnou volbu pro jaderné aplikace, jako jsou vyzdívky aktivní zóny reaktoru a stínicí materiál používaný v jaderných elektrárnách. Karbid křemíku navíc vydrží značnou úroveň radiace, aniž by byl jakkoli poškozen.

Jedinečná struktura atomů uhlíku a křemíku v SiC mu propůjčuje výjimečnou chemickou odolnost. Nepůsobí na něj většina kyselin, louhů ani roztavených solí a odolává primární halogenové korozi uhelného popela nebo většiny neželezných kovů roztavených při teplotách až 1700 stupňů C - což tomuto materiálu dává vynikající stabilitu na vzduchu pro použití v okolních podmínkách.

Díky vysokému koeficientu tepelné roztažnosti a tuhosti je křemen také atraktivním materiálem pro zrcadla velkých astronomických dalekohledů, jako je Herschelův vesmírný dalekohled. Křemen lze tvarovat do kotoučů o průměru až 3,5 metru.

Vlákna karbidu křemíku jsou ideální volbou materiálu pro vyztužování kovů a keramiky v aplikacích s vysokými teplotami, kde se vyžaduje vyztužení. Je vysoce odolné proti opotřebení a oděru, má vynikající pevnostní a tuhostní charakteristiky a v některých situacích je vynikající náhradou oceli a v jiných se mu často dává přednost před skelnými vlákny. Výrobky Specialty Materials z karbidu křemíku s whiskery a kontinuálními vlákny vynikají i mezi žáruvzdornými kovy z hlediska odolnosti proti oxidaci, pevnosti v tahu, odolnosti proti opotřebení i tepelně stabilních vlastností ve srovnání s běžnými žáruvzdornými kovy z hlediska odolnosti proti opotřebení vs. běžné žáruvzdorné kovy z hlediska odolnosti proti oděru, odolnosti proti opotřebení vs. žáruvzdorné materiály pouze z hlediska těchto vlastností!