Silicio karbido pluoštas

Silicio karbido pluoštas yra lanksti, tvirta, atspari oksidacijai ir mažo tankio keraminė medžiaga, naudojama aukštatemperatūrėje aplinkoje kompozitinėms medžiagoms sutvirtinti.

Dėl savo išskirtinių savybių ekstremaliomis temperatūros sąlygomis anglies nanovamzdeliai sulaukė didelio dėmesio aviacijos ir kosmoso bei karinės ginkluotės ir įrangos pramonėje. Be to, šios medžiagos taip pat gali būti naudojamos keramikos matricos kompozitams stiprinti.

Aukštos temperatūros konstrukciniai taikymai

Silicio karbido pluoštai yra patraukli medžiaga aukštatemperatūriams konstrukciniams darbams dėl didelio savitojo stiprio, mažo šiluminio plėtimosi ir puikaus atsparumo dilimui. Silicio karbidas gali būti naudojamas metalo matricos kompozitams, pasižymintiems puikiu šiluminiu stabilumu ir elektriniu laidumu, sustiprinti.

Silicio karbido pluoštai taip pat pasižymi puikiu atsparumu oksidacijai ir lengvu paruošimu, todėl jie yra puiki alternatyva boro pluoštui daugelyje sričių. Be to, silicio karbido pluoštai yra idealus kandidatas didelio greičio mechaniniams taikymams, pavyzdžiui, aviacijos ir kosmoso ar bepiločių orlaivių (UAV) konstrukcijoms.

Šiame tyrime sukūrėme naują neoksidacinių silicio karbido pluoštų, tinkamų naudoti aukštoje temperatūroje, kūrimo procesą, naudodami polikarbosilano pirmtako pirolizę. Pagaminti pluoštai buvo įvertinti naudojant skenuojančiąją elektroninę mikroskopiją ir rentgeno spindulių difrakcinę analizę; netaisyklingos formos SiC miltelių dalelės buvo pradinė medžiaga, iš kurios, naudojant rišiklio purkštuvo technologiją, buvo gaminami rišiklio purkštuvu austi silicio karbido pluoštu armuoti keraminės matricos kompozitai; jų tankinimo elgsena ir mikrostruktūra buvo įvertinta per šešis polimero infiltracijos ir pirolizės ciklus.

Aviacija ir gynyba

Silicio karbido pluoštus dėl jų išskirtinio šiluminio atsparumo ir kitų savybių jau seniai naudoja aviacijos ir kosmoso pramonės specialistai, todėl jie yra populiarūs komponentai, naudojami orlaivių varikliuose ir šilumos valdymo sistemose. Silicio karbidas sustiprina šiuose varikliuose ar sistemose naudojamus keraminės matricos kompozitus (CMC) - jų tankis trečdaliu mažesnis nei nikelio ir metalo lydinių komponentų, o bendras orlaivio svoris sumažėja dėl mažesnio bendro tankio.

MEMS (mikro)mechaniniuose prietaisuose, įskaitant slėgio jutiklius, akselerometrus, termoelementus ir pjezoelektrinius generatorius, mechaninės pavaros arba jutikliai sujungiami su integruotomis elektroninėmis grandinėmis, kad būtų užtikrintas didesnis funkcionalumas. Silicio karbido pluoštai taip pat gali būti supinti į mikrostruktūrinius MEMS, užtikrinančius puikų mechaninį ir cheminį veikimą net esant ekstremalioms temperatūroms.

Prognozuojama, kad Šiaurės Amerikos rinkos pirmaus pasaulinėje silicio karbido pluošto rinkoje pagal augimą, nes ten didėja aviacijos ir karinės įrangos gamybos apimtys. Prognozuojama, kad didėjančios išlaidos gynybai ir NASA finansavimas taip pat padidins silicio karbido pluoštų paklausą; be to, juos naudojant elektromobilių maitinimo įrenginiuose galima padidinti nuvažiuojamą atstumą ir kartu sumažinti baterijos energijos nuostolius bei komponentų dydį, taip padidinant sistemos efektyvumą.

Energija ir galia

Silicio karbido pluoštai puikiai tinka daug energijos reikalaujančioms programoms, pasižymi dideliu laidumu ir stiprumu bei mažu šiluminiu plėtimusi. Dėl šio derinio jie yra ideali medžiaga aukštos įtampos elektros komponentams, taip pat elektros energijos perdavimo ir paskirstymo įrenginiams.

Dėl jų atsparumo oksidacijai jie idealiai tinka keraminių matricos kompozitų gamybai, kurie plačiai naudojami kuriant branduolinių reaktorių kuro apvalkalus, atsparius ekstremalioms temperatūroms, todėl tikėtina, kad šių pluoštų paklausa ilgainiui gerokai išaugs.

Tikimasi, kad silicio karbido pluošto rinka augs dėl didėjančių išlaidų gynybai ir augančių komercinių orlaivių siuntų Jungtinėse Amerikos Valstijose. Be to, padidėjęs NASA finansavimas ir išlaidos gynybai gali padidinti titano, aliuminio ir keraminių kompozitinių gaminių paklausą Amerikoje dėl jų gebėjimo veikti aukštos temperatūros aplinkoje.

Pramonės

Silicio karbido pluoštas plačiai naudojamas keraminių matricų kompozitams gaminti ir kaip alternatyva nikelio pagrindo superlydiniams gaminant aviacijos ir kosmoso komponentus. Be to, silicio karbido pluoštas dėl savo radiacijai atsparių savybių tampa vis populiaresniu pasirinkimu energijos gamybos pramonėje keraminėms dangoms ir branduolinių reaktorių šerdies konstrukcijoms gaminti.

Dėl aukštos temperatūros stabilumo ir cheminio inertiškumo aliuminio oksidas yra puiki medžiaga aukštatemperatūriams kompozitams armuoti, nes jis išlaiko savo stiprumą net ir aukštesnėje temperatūroje. Be to, jo tempiamasis stipris užtikrina mechanines savybes nedidinant svorio - tai neįkainojama savybė tokiose jautriose svoriui srityse kaip automobilių pramonė ir aviacija.

Austos silicio karbido skaidulos plačiai naudojamos metalo gamybos pramonėje kaip izoliacinė medžiaga ir ugniai atsparių medžiagų, tokių kaip silicio dioksidas, aliuminio oksidas ir aliuminio nitridas, sutvirtinimas. Be to, dėl mažo deguonies kiekio jie tinka naudoti dujų turbinose, nes gali atlaikyti aukštesnę temperatūrą.