Vlákno karbidu kremíka

Karbid kremíka je ideálnou alternatívou k supersliatinám na báze niklu pre komponenty vyžadujúce vysokú tepelnú odolnosť, ponúka výnimočnú chemickú a oxidačnú odolnosť, pevnosť pri extrémnych teplotách, nízku tepelnú rozťažnosť a dobré mechanické vlastnosti.

Krajiny na celom svete rýchlo budujú jadrové zariadenia, čo zvyšuje dopyt po karbide kremíka na energetické a energetické aplikácie. Tento materiál sa vo veľkej miere využíva aj v kovospracujúcom priemysle.

Vysokoteplotné konštrukčné aplikácie

Karbid kremíka je výnimočne odolný keramický materiál zložený z uhlíka a kremíka, ktoré tvoria jeho základné zložky. Ako vlákno s nízkou hustotou, ktoré si zachováva vynikajúce vlastnosti v extrémnych podmienkach, má karbid kremíka mnoho výhod, ako je odolnosť voči teplotnej oxidácii, tvrdosť, pevnosť a chemická stabilita - vlastnosti, ktoré umožňujú jeho použitie v civilných priemyselných aspektoch, ako aj na iné účely.

Medzi najobľúbenejšie segmenty patrili letecký a kozmický priemysel a energetika. Oba boli poháňané rastúcim používaním karbidu kremíka v tryskách prúdových motorov, pohonných systémoch, konštrukčných častiach leteckých motorov a iných častiach. Nižšia hustota vlákien karbidu silikónu v porovnaní s ich kovovými ekvivalentmi umožňuje leteckým motorom lietať pri vyšších rýchlostiach s väčším dosahom.

Elektrické zariadenia a polovodiče využívajúce medený drôt sa vo veľkej miere vyrábajú z neho ako z materiálu, ktorý je vďaka svojej chemickej čistote, odolnosti voči oxidácii a vynikajúcej elektrickej vodivosti obľúbený pri výrobe podložiek a vankúšikov v polovodičových peciach, ako aj ako kľúčové komponenty pri výrobe termistorov a varistorov.

Dopyt po karbide kremíka v sektore energetiky a energetiky neustále rastie v dôsledku rastúceho využívania obnoviteľných zdrojov energie a prechodu spoločnosti ME&A na plynové turbíny, ktoré zvyšujú účinnosť paliva a zároveň znižujú znečistenie ovzdušia a emisie uhlíka. Vďaka ich vysokej teplotnej tolerancii je karbid kremíka ideálnym materiálom na stavbu motorov plynových turbín.

Elektrické aplikácie pri vysokých teplotách

Vlákna karbidu kremíka sú veľmi vhodné na použitie v aplikáciách kompozitov s kovovou matricou vďaka výnimočnej kombinácii pevnosti a tuhosti, nízkemu koeficientu tepelnej rozťažnosti, elektrickej vodivosti a odolnosti voči korózii a oxidácii pri vysokých teplotách. Okrem toho ich ľahké a zároveň pevné vlastnosti ich predurčujú na použitie v leteckom a kozmickom priemysle, zatiaľ čo ich odolnosť proti opotrebovaniu z nich robí skvelé materiály odolné proti opotrebovaniu s výnimočnými vlastnosťami proti oderu.

Severoamerické trhy zažívajú rýchlu expanziu v dôsledku rastúcich výdavkov na obranu a dopytu po lietadlách, čo podporuje rast karbidu kremíka v celom regióne. Okrem toho by zvýšené financovanie NASA malo viesť k ďalším výskumným a vývojovým prácam v oblasti leteckej a vesmírnej technológie.

Výroba karbidu kremíka zahŕňa niekoľko metód, pričom jedna z najsofistikovanejších je známa ako proces Yajima. Ten spočíva v zahrievaní kremičitého piesku s uhlíkom v špeciálnej peci, čím sa získajú kryštalické zrná karbidu kremíka, ktoré sa potom nanášajú na substráty a vytvárajú vlákna rôznych farieb v závislosti od ich čistoty - zelené alebo čierne sú zvyčajne viditeľné v závislosti od toho, aký materiál sa použil na ich vytvorenie.

Karbid kremíka sa najčastejšie používa na výrobu kompozitov s kovovou a keramickou matricou a karbid kremíka SCS od spoločnosti Specialty Materials sa vyznačuje najvyššou teplotnou odolnosťou a nepretržitým ťahaním kartónových cievok s dĺžkou vlákna až 800 metrov, ktoré je možné zakúpiť.

Chemické aplikácie pri vysokých teplotách

Vlákna karbidu kremíka sa stali nepostrádateľným materiálom pre vysokoteplotné chemické aplikácie vrátane komponentov pre letecký a automobilový priemysel, jadrové reaktory a chemický priemysel. Ich vynikajúca chemická stabilita a tepelná odolnosť im umožňuje odolávať teplotám až do 2700 stupňov Fahrenheita; vďaka svojej pevnosti a pružnosti sú vhodné pre vysoko výkonné kompozitné materiály zložené z keramických alebo kovových matríc, ktoré tvoria štrukturálne alebo tepelné kompozitné štruktúry.

Letecký priemysel využíva vlákna SiC na výrobu ľahkých a zároveň dlhotrvajúcich komponentov lietadiel vrátane častí motorov a turbín. Vlákna SiC majú oproti svojim náprotivkom z kovových zliatin mnoho výhod - v porovnaní s kovovými zliatinami sú dvakrát pevnejšie a 20% odolnejšie voči vysokým teplotám; navyše odolávajú náročným podmienkam prostredia bez straty pevnosti.

Výroba karbidu kremíka zahŕňa niekoľko výrobných prístupov. Jeden z takýchto postupov, ktorý prvýkrát predstavil Yajima v roku 1975, využíva pyrolýzu organokremičitých polymérov na výrobu vlákien s malým priemerom a ideálnym zložením, ktoré sa dodávajú v stočených vláknach s pevnosťou v ťahu 10 giganewtonov na palec.

Aj napriek týmto výhodám zostávajú náklady na materiál pre väčšinu aplikácií neúnosne vysoké. Aby výrobcovia znížili náklady a dostali ich na dosah, musia znížiť výrobné procesy a zároveň zlepšiť kvalitu výrobkov; mali by tiež vyvinúť robustné technológie spájania a integrácie vhodné do prostredia s vysokými teplotami, ako je spájkovanie, difúzne spájanie ARCJoinT a technológie spájania REABOND.

Vysokoteplotné aplikácie v letectve a kozmonautike

Vlákna karbidu kremíka našli veľké uplatnenie v leteckom sektore, kde sú vďaka svojim vlastnostiam, ako je odolnosť voči vysokým teplotám, ochrana proti korózii a odolnosť proti opotrebovaniu, neoceniteľným materiálom. Karbid kremíka je obzvlášť užitočný pri odolávaní vysokému namáhaniu spojenému s leteckou výrobou - čo bude ďalej zvyšovať jeho dopyt.

Karbid kremíka je keramický materiál zložený z uhlíka a kremíka ako hlavných zložiek, ktorý sa vyznačuje mnohými žiaducimi vlastnosťami, ako je vynikajúca odolnosť voči oxidácii a korózii pri teplotách až do 2700 stupňov Celzia, vysoká pevnosť, nízka hustota, aplikácie na izoláciu tepelných motorov a kompozitné aplikácie s keramickou matricou.

Očakáva sa, že severoamerický trh s karbidom kremíka bude počas prognózovaného obdobia rýchlo expandovať. Letecký a obranný sektor v Severnej Amerike rýchlo expanduje vďaka rastúcim vojenským výdavkom a zvýšenej potrebe komerčných lietadiel. Tento trend vedie k výraznému nárastu priemyselnej výroby. Okrem toho je dopyt po karbidových vláknach kremíka podporovaný aj expanziou v oblasti výroby jadrovej energie.

Kontinuálne vlákna b-SiC sú vhodné pre mnohé vysokoteplotné aplikácie, najmä v jadrovej energetike. Vďaka svojej ľahkej a zároveň odolnej povahe sú vhodné na dobré fungovanie v prostredí vystavenom žiareniu - vlastnosti, ktoré ich predurčujú na výrobu kompozitov s keramickou matricou a pokročilých štruktúr, ako aj na použitie v letectve a obrane, kde sa kontinuálne vlákna dajú ľahko vplietať do architektonických predliskov v tvare komponentov.