Siliziumkarbid-Faser

Siliziumkarbidfasern (SiC-Fasern) sind ein extrem haltbares und dennoch leichtes Material, das sich für Hochtemperaturanwendungen eignet und bemerkenswerte Eigenschaften wie Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, Härte, Steifigkeit, thermische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit aufweist.

SiC-Fasern eignen sich hervorragend für den Einsatz in Umgebungen mit hoher Strahlung, weshalb sie bei Betreibern von Kernkraftwerken beliebt sind und auch in Verbundwerkstoffen mit keramischer Matrix zur Verbesserung der Festigkeit und Tarnkappe von Triebwerkskomponenten in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden.

Hohe Festigkeit

Siliziumkarbidfasern sind ein ideales Material für die Herstellung von Hochleistungs-Metallmatrix-Verbundwerkstoffen (MMC), da sie bei Verwendung als Verstärkung erhebliche Verbesserungen in Bezug auf Abriebfestigkeit, spezifische Festigkeit, Zähigkeit, Wärmeausdehnungskoeffizient und elektrische Leitfähigkeit bieten. Darüber hinaus bietet Siliziumkarbid im Vergleich zu Superlegierungen auf Nickelbasis eine doppelt so hohe Festigkeit und 20% höhere Wärmebeständigkeit, obwohl es zwei Drittel weniger wiegt.

SiC hat eine extrem hohe Zugfestigkeit von etwa 4 GPa und kann in Form von verdrillten Fasern mit Durchmessern von 5 bis 150 Mikrometern hergestellt werden. Es gibt verschiedene Herstellungsansätze, aber einer mit einer langen Geschichte ist das Yajima-Verfahren, bei dem keramisches Flüssigpolymer durch eine Spinndüse in grüne (ungebrannte) Fasern gesponnen wird, die dann mehrere Schritte durchlaufen, einschließlich eines Aufenthalts in Hochtemperaturöfen, um SiC-Material mit den gewünschten chemischen Eigenschaften zu bilden.

Die Hersteller von Siliziumkarbidfasern liefern ihre Fasern an verschiedene Branchen, darunter Metallurgie, Chemie, erneuerbare Energien und Industrie. Die Energie- und Kraftwerksbranche wird den größten Anteil an diesem Markt haben, da SiC-Fasern in großem Umfang als Isolator in feuerfesten Materialien für Kraftwerke wie Aluminiumoxid und Siliziumnitrid verwendet werden; auch Gasturbinenschaufeln profitieren von dieser robusten Oxidationsbeständigkeit, die 1650 Grad Celsius erreicht und eine geringere Dichte als natürliche Mineralien wie Moissanit hat.

Hochtemperaturbeständig

Siliziumkarbidfasern sind bekannt für ihre hohe Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit, was sie zum idealen Material für Hochtemperaturumgebungen wie z. B. in Triebwerken der Luft- und Raumfahrt macht. Insbesondere wird Siliziumkarbid als Ersatzmaterial in Triebwerksteilen der Luft- und Raumfahrt als Ersatz für Superlegierungen auf Nickelbasis verwendet; außerdem findet man es häufig in Hitzeschilden, Förderbändern und Filtern, die Hochtemperaturgasen oder flüssigen Metallen ausgesetzt sind.

Siliziumkarbidfasern unterscheiden sich von Kohlenstofffasern dadurch, dass ihre Festigkeit und Leistung auch bei hohen Temperaturen erhalten bleiben, da große SiC-Körner beim Hochtemperatursinterprozess versintern. Daher sind Siliziumkarbidfasern ein attraktives Material für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt, für militärische Waffen und Ausrüstungen sowie für industrielle Hochtemperaturbauteile und Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe.

Sylramic und Hi-Nicalon sind Hersteller von hochtemperaturbeständigen gewebten Siliziumkarbidfasern. Sie liefern dieses thermische Trägermaterial an Industrien in den Bereichen Metallurgie, Chemie, Energie und Wasseraufbereitung, in denen Anlagen thermische Unterstützung benötigen - Märkte, die die Nachfrage nach solchen hochtemperaturbeständigen Fasern ankurbeln werden.

Ein innovatives Verfahren zur Herstellung von Siliziumkarbidfasern mit hoher Temperaturbeständigkeit wird derzeit entwickelt. Dabei werden die Vorläuferfasern in eine Lösung von Reaktionsmonomeren mit Katalysator getaucht, um eine einigermaßen kontrollierbare chemische Reaktion zu bewirken, bevor sie ohne herkömmliche Aushärtungsbehandlung gesintert werden, so dass die Dicke der Vernetzungsschicht proportional zum Faserdurchmesser beibehalten werden kann.

Leichtgewicht

Siliziumkarbidfasern sind leicht und haben ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis. Außerdem sind sie extrem hart und abriebfest. Darüber hinaus ist es aufgrund seiner thermischen und chemischen Stabilität das ideale Material für Anwendungen mit hohen Temperaturen oder rauen Umgebungen.

Siliziumkarbidfasern dürften in der Luft- und Raumfahrtindustrie stark nachgefragt werden, insbesondere bei Düsen, Antriebseinheiten und Brennkammerauskleidungen, die herkömmliche Metalle in Flugzeugkomponenten wie Düsen ersetzen. Die Fähigkeit von SiC-Fasern, die Effizienz von Triebwerken durch die Verringerung von CO2- und NOx-Emissionen zu verbessern und gleichzeitig die Tarnkappenfähigkeit zu erhöhen, wird dieses Marktwachstum wahrscheinlich ankurbeln. Darüber hinaus wird der wachsende Bedarf an Kernkraftwerken in Industrie- und Entwicklungsländern die Verwendung von SiC-Fasern als integraler Bestandteil von Kanalkästen und Brennstoffhüllenanwendungen erhöhen - was die Verwendung von SiC-Fasern als Teil von Kanalkästen oder Brennstoffhüllenstrukturen, die SiC-Fasern als Schlüsselkomponenten verwenden, weiter erhöht und das Marktwachstum weiter antreibt.

Siliziumkarbidfasern eignen sich aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften - darunter Oxidationsbeständigkeit und hohe Wärmestabilität - ideal für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt, so dass sie in Düsen, Turbinen und Propellern eingesetzt werden können. Aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit spielen sie außerdem eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Superlegierungen und oxidkeramischen Verbundwerkstoffen.

Dieser Bericht bietet eine eingehende Analyse des globalen Siliziumkarbidfaser-Marktes, die Marktsegmente und Prognosen umfasst. Dazu gehören PESTEL-, PORTER- und COVID-19-Auswirkungsanalysen sowie Empfehlungen für Investoren und Führungskräfte. Darüber hinaus enthält dieser Bericht eine Wettbewerbsanalyse der wichtigsten Akteure im Hinblick auf ihr Produktportfolio und ihre regionale Präsenz.

Korrosionsbeständig

Siliziumkarbidfasern gehören zu den korrosionsbeständigsten Werkstoffen, die es gibt. Sie halten hohen Belastungen und Temperaturen stand, ohne unter Druck zu brechen, und eignen sich daher für Anwendungen im Nuklearbereich wie Reaktorkernauskleidungen und Abschirmungsmaterial in Kernkraftwerken. Darüber hinaus kann Siliziumkarbid einer hohen Strahlenbelastung standhalten, ohne in irgendeiner Weise beschädigt zu werden.

Die einzigartige Struktur von SiC aus Kohlenstoff- und Siliziumatomen verleiht ihm eine außergewöhnliche chemische Beständigkeit. Es wird von den meisten Säuren, Laugen oder geschmolzenen Salzen nicht angegriffen und widersteht der primären Halogenkorrosion von Kohleasche oder den meisten Nichteisenmetallen, die bei Temperaturen von bis zu 1700 Grad Celsius geschmolzen werden - was diesem Material eine ausgezeichnete Luftbeständigkeit für den Einsatz unter Umgebungsbedingungen verleiht.

Der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient und die hohe Steifigkeit machen Quarz auch zu einem attraktiven Spiegelmaterial für astronomische Großteleskope wie das Herschel Space Telescope. Quarz kann zu Scheiben von bis zu 3,5 Metern geformt werden.

Siliziumkarbidfasern sind ein ideales Material für die Verstärkung von Metallen und Keramiken in Hochtemperaturanwendungen, wo eine Verstärkung erforderlich ist. Hochgradig verschleiß- und abriebfest, mit überlegenen Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften, ist sie in einigen Fällen ein hervorragender Ersatz für Stahl und wird in anderen Fällen oft gegenüber Glasfasern bevorzugt. Die Siliziumkarbid-Whisker- und Endlosfaserprodukte von Specialty Materials übertreffen selbst unter den hitzebeständigen Metallen die gewöhnlichen hitzebeständigen Metalle in Bezug auf Oxidationsbeständigkeit, Zugfestigkeit, Verschleißfestigkeit und thermische Stabilität, verglichen mit den gewöhnlichen hitzebeständigen Metallen in Bezug auf Abrieb, Verschleißfestigkeit und Feuerfestmaterial allein in Bezug auf diese Eigenschaften!