Vlakna iz silicijevega karbida

Vlakna iz silicijevega karbida so prožen, močan, na oksidacijo odporen keramični material z nizko gostoto, ki se uporablja v visokotemperaturnih okoljih za ojačitev kompozitnih materialov.

Ogljikove nanocevke so zaradi svoje izjemne učinkovitosti v ekstremnih temperaturnih pogojih deležne velike pozornosti v letalski in vesoljski industriji ter industriji vojaškega orožja in opreme. Poleg tega se ti materiali lahko uporabljajo tudi za krepitev kompozitov s keramično matrico.

Visokotemperaturne strukturne aplikacije

Vlakna iz silicijevega karbida so zaradi kombinacije visoke specifične trdnosti, nizke toplotne razteznosti in odlične odpornosti proti obrabi privlačen material za visokotemperaturne konstrukcijske aplikacije. Silicijev karbid se lahko uporablja za ojačitev kompozitov s kovinsko matrico z odlično toplotno stabilnostjo in električno prevodnostjo.

Vlakna iz silicijevega karbida se ponašajo tudi z odlično oksidacijsko odpornostjo in enostavno pripravo, zato so odlična alternativa borovim vlaknom za številne aplikacije. Poleg tega so vlakna iz silicijevega karbida idealen kandidat za hitre mehanske aplikacije, kot so letalske in vesoljske strukture ali strukture brezpilotnih letal (UAV).

V tej študiji smo razvili nov postopek za izdelavo neoksidativnih vlaken iz silicijevega karbida, primernih za uporabo pri visokih temperaturah, z uporabo pirolize polikarbosilanskega prekurzorja. Izdelana vlakna smo ocenili s skenirno elektronsko mikroskopijo in rentgensko difrakcijsko analizo; nepravilno oblikovani prašni delci SiC so služili kot izhodni material za izdelavo vezanih tkanih kompozitov iz silicijevega karbida, ojačanih z vlakni iz keramične matrice, z uporabo tehnologije brizganja veziva; njihovo zgoščevanje in mikrostrukturo smo ocenili s šestimi cikli infiltracije/pirolize polimera.

Letalstvo in obramba

Vlakna iz silicijevega karbida zaradi izjemne toplotne odpornosti in drugih lastnosti že dolgo uporabljajo strokovnjaki v letalski in vesoljski industriji, zato so priljubljene komponente, ki se uporabljajo v letalskih motorjih in sistemih za upravljanje toplote. Silicijev karbid krepi kompozite s keramično matrico (CMC), ki se uporabljajo v teh motorjih ali sistemih - njihova gostota je za tretjino manjša od gostote komponent iz nikljevih kovinskih zlitin, hkrati pa se zaradi manjše skupne gostote zmanjša tudi skupna masa letala.

(Mikro)mehanske naprave MEMS združujejo mehanske aktuatorje ali senzorje z integriranim elektronskim vezjem za večjo funkcionalnost, vključno s senzorji tlaka, merilniki pospeška, termočleni in piezoelektričnimi generatorji. Tudi vlakna iz silicijevega karbida je mogoče stkati skupaj v mikrostrukturirane MEMS za vrhunsko mehansko in kemično zmogljivost tudi pri ekstremnih temperaturah.

Severnoameriški trgi bodo po napovedih vodilni na svetovnem trgu silicijevega karbida v smislu rasti, saj se tam povečuje dejavnost proizvodnje letalske in vojaške opreme. Povečanje izdatkov za obrambo in financiranje NASA bo predvidoma povečalo tudi povpraševanje po vlaknih iz silicijevega karbida; poleg tega lahko njihova uporaba v napravah za napajanje električnih vozil poveča razdaljo vožnje, hkrati pa zmanjša izgubo energije v bateriji in velikost komponent ter poveča učinkovitost sistema.

Energija in moč

Vlakna iz silicijevega karbida so primerna za aplikacije, ki zahtevajo veliko energije, saj imajo visoko prevodnost in trdnost ter nizko stopnjo toplotnega raztezanja. Zaradi te kombinacije so idealen material za visokonapetostne električne komponente ter aplikacije za prenos in distribucijo električne energije.

Zaradi svoje odpornosti proti oksidaciji so idealna za uporabo v proizvodnji kompozitov s keramično matrico, ki se pogosto uporabljajo za izdelavo obloge goriva za jedrske reaktorje, odporne na ekstremne temperature, zato se bo povpraševanje po teh vlaknih sčasoma verjetno močno povečalo.

Pričakuje se, da bo rast trga silicijevega karbida spodbujala letalska industrija zaradi vse večje porabe za obrambo in vse večjih pošiljk komercialnih letal v Združenih državah Amerike. Poleg tega lahko povečano financiranje NASA in obrambni izdatki povečajo povpraševanje po izdelkih iz titana, aluminija in keramičnih kompozitov v Ameriki zaradi njihove sposobnosti delovanja v okoljih z visokimi temperaturami.

Industrijski

Vlakna iz silicijevega karbida se pogosto uporabljajo za izdelavo kompozitov s keramično matrico in kot alternativa superzlitinam na osnovi niklja v proizvodnji letalskih in vesoljskih komponent. Poleg tega so vlakna iz silicijevega karbida zaradi svoje odpornosti na sevanje vedno bolj priljubljena v industriji proizvodnje električne energije za keramične obloge in strukture jedra jedrskih reaktorjev.

Zaradi visokotemperaturne stabilnosti in kemične inertnosti je aluminijev oksid odličen material za ojačitev visokotemperaturnih kompozitov, saj ohrani svojo trdnost tudi pri višjih temperaturah. Poleg tega njegova natezna trdnost zagotavlja mehansko zmogljivost brez povečanja teže, kar je neprecenljiva lastnost za aplikacije, občutljive na težo, kot sta avtomobilska in letalska industrija.

Tkana vlakna iz silicijevega karbida se pogosto uporabljajo v industriji kovinske proizvodnje kot izolacijski material in ojačitev ognjevarnih materialov, kot so silicijev dioksid, aluminijev oksid in aluminijev nitrid. Poleg tega so zaradi nizke vsebnosti kisika primerna za uporabo v plinskih turbinah zaradi višjih temperatur, ki jih lahko prenesejo.