Fiber af siliciumcarbid

Siliciumcarbidfibre (SiC-fibre) er et ekstremt holdbart, men let materiale, der er velegnet til højtemperaturanvendelser og har bemærkelsesværdige egenskaber som oxidationsbestandighed ved høje temperaturer, hårdhed, stivhed, termisk stabilitet og korrosionsbestandighed.

SiC-fibre udmærker sig ved at fungere i miljøer med høj stråling, hvilket gør dem populære hos operatører af atomkraftværker, og de bruges også i keramiske matrixkompositter til at forbedre styrken og skjule komponenter i flymotorer.

Høj styrke

Siliciumcarbidfibre er et ideelt materiale til at skabe højtydende metalmatrixkompositter (MMC'er), der giver betydelige forbedringer med hensyn til slidstyrke, specifik styrke, sejhed, varmeudvidelseskoefficient og elektrisk ledningsevne, når de bruges som forstærkning. Desuden giver siliciumcarbid dobbelt så stor styrke og 20% højere varmebestandighed sammenlignet med nikkelbaserede superlegeringer på trods af, at det vejer to tredjedele mindre.

SiC har en ekstremt høj trækstyrke på ca. 4 GPa og kan produceres som snoede tråde med en diameter på mellem 5 og 150 mikrometer. Der er forskellige fremstillingsmetoder, men en med en lang historie er Yajima-processen, som bruger keramisk flydende polymer, der spindes gennem en spindedyse til grønne (ubrændte) fibre, som derefter gennemgår flere trin, herunder tid i højtemperaturovne, for at danne SiC-materiale med de ønskede kemiske egenskaber.

Producenter af siliciumcarbidfibre leverer deres fibre til forskellige industrier, herunder metallurgi, kemi, vedvarende energi og industri. Energi og kraft vil tage den største andel af dette marked, da SiC-fibre i vid udstrækning bruges som isolator i ildfaste materialer til kraftværker som aluminiumoxid og siliciumnitrid til brug som isolationsmateriale til kraftværker; også gasturbineblade nyder godt af at have denne modstandsdygtige oxidationsmodstand, der når 1650 grader med lavere densitet end naturlige mineraler som moissanit.

Modstandsdygtig over for høje temperaturer

Siliciumcarbidfibre er kendt for at være stærke og modstandsdygtige over for oxidation, hvilket gør det til det ideelle materiale til miljøer med høje temperaturer som f.eks. flymotorer. Især bruges siliciumcarbid som erstatningsmateriale i dele til flymotorer som erstatning for nikkelbaserede superlegeringer; derudover findes det ofte i varmeskjolde, transportbånd og filtre, der udsættes for gasser eller flydende metaller ved høje temperaturer.

Siliciumcarbidfibre adskiller sig fra kulfiber ved, at deres styrke og ydeevne forbliver intakt ved høje temperaturer takket være store SiC-korn, der sintrer ved højtemperatursintringsprocessen. Derfor er siliciumcarbidfibre et attraktivt materialevalg til komponenter til luft- og rumfart/militære våben/udstyr samt industrielle højtemperaturkomponenter og keramiske matrixkompositter.

Sylramic og Hi-Nicalon er producenter af højtemperaturbestandige vævede siliciumcarbidfibre. De leverer dette termiske støttemateriale til industrier inden for metallurgi, kemi, energi og vandbehandling, hvor udstyr har brug for termisk støtte - markeder, som vil øge efterspørgslen efter sådanne højtemperaturbestandige fibre.

En innovativ metode til fremstilling af siliciumcarbidfibre med høj temperaturbestandighed er i øjeblikket under udvikling. Den indebærer, at forløberfibrene nedsænkes i en opløsning af reaktionsmonomerer med katalysator for at forårsage en moderat kontrollerbar kemisk reaktion, før de sintres uden konventionel hærdningsbehandling, så der kan opretholdes en tværbindingslagtykkelse, der er proportional med fiberdiameteren.

Letvægt

Siliciumcarbidfibre er lette og har et højt styrke-til-vægt-forhold, ligesom de er ekstremt hårde og slidstærke. Desuden gør dets termiske og kemiske stabilitet det til et ideelt materiale til anvendelser, der involverer høje temperaturer eller barske miljøer.

Siliciumcarbidfibre vil sandsynligvis opleve en stærk efterspørgsel fra luftfartsindustrien, især dyser, fremdriftsenheder og forbrændingsforinger, der bruges til at erstatte traditionelle metaller i flykomponenter som f.eks. dyser. SiC-fibrenes evne til at forbedre motoreffektiviteten ved at reducere CO2- og NOx-emissioner og samtidig øge stealth-kapaciteten vil sandsynligvis give næring til denne markedsvækst. Desuden vil voksende behov for atomkraftværker i udviklede lande og udviklingslande øge brugen af SiC-fiber som en integreret komponent i kanalbokse og brændstofbeklædningsapplikationer - hvilket yderligere tilføjer brugen af SiC-fiber som en del af kanalbokse eller brændstofbeklædningsstrukturer, der bruger SiC-fiber som nøglekomponenter - hvilket yderligere fremmer denne markedsvækst.

Siliciumcarbidfibre skiller sig ud som et ideelt materiale til rumfartskomponenter på grund af dets overlegne egenskaber - herunder modstandsdygtighed over for oxidation og høj varmestabilitet - hvilket gør det velegnet til brug i dyser, turbiner og propeller. Desuden gør dets fremragende elektriske ledningsevne det også muligt at spille en vigtig rolle i produktionen af superlegeringer og oxidkeramiske kompositter.

Denne rapport tilbyder en dybdegående analyse af det globale marked for siliciumcarbidfibre, der dækker markedssegmenter og prognoser. Dette inkluderer PESTEL-, PORTER- og COVID-19-påvirkningsanalyser samt anbefalinger til investorer og ledere. Derudover indeholder denne rapport en konkurrenceanalyse af nøgleaktører med hensyn til deres produktporteføljer og regionale tilstedeværelse.

Modstandsdygtig over for korrosion

Siliciumcarbidfibre er et af de mest korrosionsbestandige materialer, der findes, og kan modstå høje belastninger og temperaturer uden at revne under tryk, hvilket gør det til en velegnet løsning til nukleare anvendelser som reaktorkerneforinger og afskærmningsmateriale, der bruges på atomkraftværker. Desuden kan siliciumcarbid modstå betydelige niveauer af strålingseksponering uden at blive beskadiget på nogen måde.

SiC's unikke struktur af kulstof- og siliciumatomer giver det en enestående kemisk modstandsdygtighed. Det påvirkes ikke af de fleste syrer, baser eller smeltede salte og modstår primær halogenkorrosion af kulaske eller de fleste ikke-jernholdige metaller smeltet ved temperaturer op til 1700 grader - hvilket giver dette materiale en fremragende luftstabilitet til brug under omgivende forhold.

Den høje varmeudvidelseskoefficient og stivhed gør også kvarts til et attraktivt spejlmateriale til store astronomiske teleskoper som Herschel Space Telescope. Kvarts kan formes til skiver på op til 3,5 meter (11 fod).

Siliciumcarbidfibre er et ideelt materialevalg til forstærkning af metaller og keramik ved høje temperaturer, hvor der er behov for forstærkning. Det er meget modstandsdygtigt over for slid og med overlegne styrke- og stivhedsegenskaber, og det er en fremragende erstatning for stål i nogle situationer og foretrækkes ofte frem for glasfiber i andre. Specialty Materials' siliciumcarbid whisker og kontinuerlige fiberprodukter udmærker sig selv blandt varmebestandige metaller med hensyn til oxidationsmodstand, trækstyrke, slidstyrke og termisk stabilitet sammenlignet med almindelige varmebestandige metaller med hensyn til slidstyrke vs. almindelige varmebestandige metaller med hensyn til slidstyrke vs. ildfaste materialer med hensyn til disse egenskaber alene!