Vlákno karbidu kremíka

Vlákno z karbidu kremíka (SiC Fibre) je mimoriadne odolný a zároveň ľahký materiál vhodný na vysokoteplotné aplikácie, ktorý sa vyznačuje pozoruhodnými vlastnosťami, ako je odolnosť voči oxidácii pri vysokých teplotách, tvrdosť, tuhosť, tepelná stabilita a odolnosť voči korózii.

Vlákna SiC sú vynikajúce pri práci v prostredí s vysokou radiáciou, vďaka čomu sú obľúbené u prevádzkovateľov jadrových elektrární a využívajú sa aj v kompozitoch s keramickou matricou na zlepšenie pevnosti a utajenia komponentov leteckých motorov.

Vysoká pevnosť

Karbid kremíka je ideálny materiál na vytváranie vysoko výkonných kompozitov s kovovou matricou (MMC), ktorý pri použití ako výstuže ponúka výrazné zlepšenie z hľadiska odolnosti proti oderu, špecifickej pevnosti, húževnatosti, koeficientu tepelnej rozťažnosti a elektrickej vodivosti. Okrem toho karbid kremíka poskytuje dvojnásobnú pevnosť a 20% vyššiu tepelnú odolnosť v porovnaní so superzliatinami na báze niklu napriek tomu, že váži o dve tretiny menej.

SiC má extrémne vysokú pevnosť v ťahu približne 4 GPa a môže sa vyrábať ako skrútené vlákna s priemerom od 5 do 150 mikrónov. Existujú rôzne výrobné prístupy, ale jedným z nich s dlhou históriou je proces Yajima, pri ktorom sa využíva keramický tekutý polymér, ktorý sa cez spinneret stáča do zelených (nevypálených) vlákien, ktoré potom prechádzajú niekoľkými krokmi vrátane času stráveného vo vysokoteplotných peciach, aby sa vytvoril materiál SiC s požadovanými chemickými vlastnosťami.

Výrobcovia karbidu kremíka dodávajú svoje vlákna do rôznych priemyselných odvetví vrátane metalurgie, chémie, obnoviteľných zdrojov energie a priemyslu. Najväčší podiel na tomto trhu bude mať energetika a energetika, pretože vlákna SiC sa široko využívajú ako izolant v žiaruvzdorných materiáloch elektrární, ako je oxid hlinitý a nitrid kremíka, ktoré sa používajú ako izolačný materiál elektrární; takisto lopatky plynových turbín profitujú z tejto pružnej oxidačnej odolnosti, ktorá dosahuje 1650 stupňov C pri nižšej hustote ako prírodné minerály, ako je moissanit.

Odolnosť voči vysokým teplotám

Karbid kremíka je známy tým, že je pevný a odolný voči oxidácii, čo z neho robí ideálny materiál do prostredia s vysokou teplotou, ako sú napríklad letecké motory. Karbid kremíka sa využíva najmä ako náhradný materiál v súčiastkach leteckých motorov ako náhrada supersliatin na báze niklu; okrem toho sa bežne vyskytuje v tepelných štítoch, dopravných pásoch a filtroch vystavených pôsobeniu vysokoteplotných plynov alebo kvapalných kovov.

Vlákno karbidu kremíka sa od uhlíkového vlákna líši tým, že jeho pevnosť a výkon zostávajú zachované aj pri vysokých teplotách vďaka spekaniu veľkých zŕn SiC pri vysokoteplotnom spekaní. Karbid kremíka ako vlákno je atraktívnou voľbou materiálu pre komponenty leteckej/vojenskej výzbroje/vybavenia, ako aj pre priemyselné vysokoteplotné komponenty a kompozity s keramickou matricou.

Sylramic a Hi-Nicalon sú výrobcovia tkaných vlákien z karbidu kremíka odolných voči vysokým teplotám. Dodávajú tento tepelný podporný materiál pre odvetvia metalurgie, chémie, energetiky a úpravy vody, kde zariadenia potrebujú tepelnú podporu - trhy, ktoré budú podporovať dopyt po takýchto vysokoteplotne odolných vláknach.

V súčasnosti sa vyvíja inovatívna metóda výroby karbidu kremíka s odolnosťou voči vysokým teplotám. Ide o ponorenie prekurzorových vlákien do roztoku reakčných monomérov s katalyzátorom, aby sa pred spekaním bez bežného vytvrdzovania vyvolala mierne kontrolovateľná chemická reakcia, takže sa môže zachovať hrúbka zosieťovanej vrstvy úmerná priemeru vlákna.

Ľahké

Vlákno karbidu kremíka je ľahké a má vysoký pomer pevnosti k hmotnosti, ako aj extrémne tvrdé a odolné voči oderu. Okrem toho je vďaka svojej tepelnej a chemickej stabilite ideálnym materiálom pre aplikácie, ktoré zahŕňajú vysoké teploty alebo drsné prostredie.

Po karbide kremíka bude pravdepodobne veľký dopyt zo strany leteckého priemyslu, najmä po leteckých dýzach, pohonných jednotkách a vložkách spaľovačov, ktoré sa používajú ako náhrada tradičných kovov v leteckých komponentoch, ako sú dýzy. Schopnosť vlákien SiC zlepšiť účinnosť motorov znížením emisií CO2 a NOx pri súčasnom zvýšení schopnosti utajenia bude pravdepodobne podporovať rast tohto trhu. Okrem toho rastúce potreby jadrových elektrární v rozvinutých a rozvojových krajinách zvýšia používanie vlákien SiC ako neoddeliteľnej súčasti kanálových boxov a aplikácií palivových plášťov - čo ďalej zvýši používanie vlákien SiC ako súčasti kanálových boxov alebo štruktúr palivových plášťov využívajúcich vlákna SiC ako kľúčové komponenty - čo ďalej podporí rast tohto trhu.

Karbid kremíka je ideálnym materiálom pre letecké komponenty vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam vrátane odolnosti voči oxidácii a vysokej tepelnej stabilite, vďaka čomu je vhodný na použitie v dýzach, turbínach a vrtuľkách. Okrem toho jeho vynikajúca elektrická vodivosť mu umožňuje zohrávať dôležitú úlohu aj pri výrobe superzliatin a oxidokeramických kompozitov.

Táto správa ponúka hĺbkovú analýzu globálneho trhu s karbidom kremíka, ktorá zahŕňa segmenty trhu a prognózy. Zahŕňa analýzy vplyvu PESTEL, PORTER a COVID-19, ako aj odporúčania pre investorov a vedúcich predstaviteľov. Okrem toho táto správa obsahuje konkurenčnú analýzu kľúčových hráčov, pokiaľ ide o ich portfólio výrobkov a regionálnu prítomnosť.

Odolnosť voči korózii

Karbid kremíka je jedným z najodolnejších dostupných materiálov proti korózii, ktorý je schopný odolávať vysokému namáhaniu a teplotám bez toho, aby pod tlakom praskal, čo z neho robí vhodnú voľbu pre jadrové aplikácie, ako sú obloženia aktívnej zóny reaktora a tieniaci materiál používaný v jadrových elektrárňach. Okrem toho karbid kremíka vydrží značnú úroveň vystavenia žiareniu bez toho, aby sa akokoľvek poškodil.

Jedinečná štruktúra atómov uhlíka a kremíka v SiC mu dodáva výnimočnú chemickú odolnosť. Nemá naň vplyv väčšina kyselín, zásad alebo roztavených solí a odoláva primárnej halogénovej korózii uhoľného popola alebo väčšiny neželezných kovov roztavených pri teplotách do 1700 stupňov C - čo dáva tomuto materiálu vynikajúcu stabilitu na vzduchu pri použití v okolitých podmienkach.

Vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti a tuhosť robia z kremeňa atraktívny materiál pre zrkadlá veľkých astronomických teleskopov, ako je napríklad Herschelov vesmírny teleskop. Kremeň sa dá formovať do diskov s dĺžkou až 3,5 metra.

Karbid kremíka je ideálnym materiálom na vystužovanie kovov a keramiky pri vysokoteplotných aplikáciách, kde sa vyžaduje vystuženie. Je vysoko odolné voči opotrebovaniu a oderu, má vynikajúce pevnostné a tuhé vlastnosti a v niektorých situáciách je vynikajúcou náhradou ocele a v iných sa často uprednostňuje pred sklenenými vláknami. Výrobky z karbidu kremíka a kontinuálnych vlákien Specialty Materials vynikajú dokonca aj medzi žiaruvzdornými kovmi z hľadiska odolnosti proti oxidácii, pevnosti v ťahu, odolnosti proti opotrebovaniu, ako aj vlastností tepelnej stability v porovnaní s bežnými žiaruvzdornými kovmi z hľadiska odolnosti proti opotrebovaniu oproti bežným žiaruvzdorným kovom z hľadiska odolnosti proti oderu, odolnosti proti opotrebovaniu oproti žiaruvzdorným materiálom len z hľadiska týchto vlastností!