Silisyum Karbür Elyaf

Silisyum karbür elyaf, yüksek sıcaklıktaki ortamlarda kompozit malzemeleri güçlendirmek için kullanılan esnek, güçlü, oksidasyona dayanıklı ve düşük yoğunluklu seramik bir malzemedir.

Karbon nanotüpler, aşırı sıcaklık koşulları altındaki olağanüstü performansı nedeniyle hem havacılık hem de askeri silah ve ekipman endüstrilerinde büyük ilgi görmüştür. Ayrıca bu malzemeler seramik matrisli kompozitleri güçlendirmek için de kullanılabilmektedir.

Yüksek sıcaklıkta yapısal uygulamalar

Silisyum karbür elyaflar, yüksek özgül mukavemet, düşük termal genleşme ve mükemmel aşınma direnci kombinasyonları nedeniyle yüksek sıcaklıktaki yapısal uygulamalar için cazip bir malzeme seçimidir. Silisyum karbür, üstün termal stabilite ve elektrik iletkenliğine sahip metal matrisli kompozitleri güçlendirmek için kullanılabilir.

Silisyum karbür elyaflar ayrıca mükemmel oksidasyon direncine ve kolay hazırlığa sahiptir, bu da onları birçok uygulama için bor elyafa mükemmel bir alternatif haline getirir. Ayrıca silisyum karbür elyaflar, havacılık veya insansız hava aracı (İHA) yapıları gibi yüksek hızlı mekanik uygulamalar için ideal bir adaydır.

Bu çalışmada, polikarbosilan öncülünün pirolizi kullanılarak yüksek sıcaklık uygulamalarına uygun oksidatif olmayan silisyum karbür lifleri oluşturmak için yeni bir süreç geliştirdik. Üretilen elyaflar taramalı elektron mikroskobu ve X-ışını kırınım analizi kullanılarak değerlendirildi; düzensiz şekilli SiC toz partikülleri, bağlayıcı püskürtme teknolojisi kullanılarak bağlayıcı püskürtmeli dokuma silisyum karbür elyaf takviyeli seramik matris kompozitleri yapmak için başlangıç malzemeleri olarak hizmet etti; yoğunlaşma davranışları ve mikroyapıları altı polimer infiltrasyon / piroliz döngüsü ile değerlendirildi.

Havacılık ve savunma

Silisyum karbür elyaflar, olağanüstü termal dirençleri ve diğer özellikleri nedeniyle havacılık ve uzay endüstrisi profesyonelleri tarafından uzun süredir kullanılmaktadır ve bu da onları uçak motorlarında ve termal yönetim sistemlerinde kullanılan popüler bileşenler haline getirmektedir. Silisyum karbür, bu motorlarda veya sistemlerde kullanılmak üzere seramik matris kompozitleri (CMC) güçlendirir - nikel metal alaşımlı bileşenlerin yoğunluğunun üçte biri kadar ve aynı zamanda toplam yoğunluğu azaltarak genel uçak ağırlığını azaltır.

MEMS (mikro-)mekanik cihazlar, basınç sensörleri, ivmeölçerler, termokupllar ve piezoelektrik jeneratörler dahil olmak üzere daha fazla işlevsellik için mekanik aktüatörleri veya sensörleri entegre elektronik devre ile birleştirir. Silisyum karbür fiberler ayrıca aşırı sıcaklıklarda bile üstün mekanik ve kimyasal performans için mikro yapılı MEMS'ler halinde birlikte dokunabilir.

Kuzey Amerika pazarlarının, buradaki artan havacılık ve askeri ekipman üretim faaliyetlerinin bir sonucu olarak, büyüme açısından küresel silisyum karbür elyaf pazarına öncülük edeceği tahmin edilmektedir. Artan savunma harcamaları ve NASA fonlarının da silisyum karbür elyaflara olan talebi artıracağı öngörülmektedir; ayrıca elektrikli araç güç cihazlarında kullanımları sürüş mesafelerini artırırken aynı zamanda batarya enerji kaybını ve bileşen boyutunu azaltarak sistem verimliliğini artırma özelliğine sahiptir.

Enerji ve güç

Silisyum karbür fiberler, düşük termal genleşme oranları ile yüksek iletkenlik ve mukavemet sunarak güce aç uygulamalar için çok uygundur. Bu kombinasyon, onları yüksek voltajlı elektrik bileşenlerinin yanı sıra güç iletimi ve dağıtımı uygulamaları için ideal malzeme haline getirir.

Oksidasyona karşı direnç gösterme kabiliyetleri de onları, aşırı sıcaklıklara dayanabilen nükleer reaktör yakıt kaplamalarının yapımında yaygın olarak kullanılan seramik matrisli kompozitlerin üretiminde kullanım için ideal kılmaktadır; dolayısıyla bu elyaflara yönelik talebin zaman içinde önemli ölçüde artması muhtemeldir.

Amerika Birleşik Devletleri'nde artan savunma harcamaları ve artan ticari uçak sevkiyatları nedeniyle havacılık ve uzay endüstrilerinin silisyum karbür elyaf pazarındaki büyümeyi yönlendirmesi beklenmektedir. Ayrıca, artan NASA finansmanı ve savunma harcamaları, yüksek sıcaklık ortamlarında performans gösterme yetenekleri nedeniyle Amerika'da titanyum, alüminyum ve seramik kompozit ürünlere olan talebi artırabilir.

Endüstriyel

Silisyum karbür elyaf, seramik matrisli kompozitlerin üretiminde ve havacılık bileşenleri üretiminde nikel bazlı süper alaşımlara alternatif olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ayrıca, silisyum karbür elyaf, radyasyona dayanıklı özellikleri nedeniyle seramik kaplamalar ve nükleer reaktör çekirdek yapıları için enerji üretim endüstrilerinde giderek daha popüler bir seçim haline gelmiştir.

Yüksek sıcaklık kararlılığı ve kimyasal inertlik, alüminayı yüksek sıcaklık kompozitlerini güçlendirmek için mükemmel bir malzeme haline getirir, çünkü daha yüksek sıcaklıklarda bile gücünü korur. Ayrıca, çekme mukavemeti, ağırlık eklemeden mekanik performans sağlar - otomotiv ve havacılık gibi ağırlığa duyarlı uygulamalar için paha biçilmez bir özelliktir.

Dokuma silisyum karbür elyaflar, metal imalat endüstrilerinde yalıtım malzemesi ve silika, alümina ve alüminyum nitrür gibi refrakter malzemelerin takviyesi olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Ayrıca, düşük oksijen içeriği, dayanabilecekleri daha yüksek sıcaklıklar nedeniyle gaz türbini uygulamaları için uygun hale getirir.