Η αγορά ινών καρβιδίου πυριτίου

Με βάση τη μορφή της, η αγορά ινών καρβιδίου πυριτίου μπορεί να χωριστεί σε συνεχή και υφαντά προϊόντα ινών καρβιδίου πυριτίου. Με την αυξημένη βιομηχανική παραγωγή που προέρχεται από τους τομείς της αεροδιαστημικής και της άμυνας και τη βιομηχανία ενέργειας που χρησιμοποιεί συνεχείς ίνες καρβιδίου του πυριτίου για τη δημιουργία πυρηνικών αντιδραστήρων ως κύριες κινητήριες δυνάμεις.

Ανθεκτικό σε υψηλή θερμοκρασία

Η αντοχή των ινών καρβιδίου του πυριτίου σε υψηλές θερμοκρασίες τις καθιστά εξαιρετικό ενισχυτικό υλικό για μέταλλα και πλαστικά, παράγοντας σύνθετα υλικά με υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και υψηλό μέτρο ελαστικότητας. Επιπλέον, τα ηλεκτρόδια ινών καρβιδίου του πυριτίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε φούρνους και επαγωγικές κουζίνες ως βιομηχανική πηγή θέρμανσης- επιπλέον, μπορεί να προστεθεί με προσμίξεις αζώτου, φωσφόρου, αλουμινίου ή γαλλίου για την παραγωγή ημιαγωγών τύπου n και p.

Το καρβίδιο του πυριτίου αντέχει καλά σε υψηλές θερμοκρασίες, ενώ είναι χημικά σταθερό και διαστατικά σταθερό, γεγονός που το καθιστά εξαιρετική επιλογή υλικού για τα στηρίγματα δίσκων πλακιδίων και τα πτερύγια σε κλιβάνους ημιαγωγών, καθώς και για την επένδυση κλιβάνων, τις πλάκες φθοράς και τους σωλήνες επένδυσης σε εργοστάσια κατασκευής ηλεκτρονικών ειδών.

Η κατασκευή πυρηνικών εγκαταστάσεων τόσο στις ανεπτυγμένες όσο και στις αναπτυσσόμενες χώρες προχωράει γρήγορα, γεγονός που θα μπορούσε να αυξήσει τη ζήτηση για εξαρτήματα ενέργειας και ισχύος που περιέχουν μονωτικά υλικά από ίνες καρβιδίου του πυριτίου, όπως οι αντιδραστήρες ενέργειας που τα χρησιμοποιούν εκτενώς ως μονωτικό υλικό.

Οι μέθοδοι για την παραγωγή ινών καρβιδίου του πυριτίου ανθεκτικών σε υψηλές θερμοκρασίες αποτελούνται από τρία στάδια: προμήθεια πρόδρομων ινών μέσω περιστροφής με τήγμα πολυκαρβοσιλάνης, εμβάπτιση αυτών των πρόδρομων ινών σε μονομερή αντίδρασης για διαβροχή και επεξεργασία σκλήρυνσης ώστε να επιτευχθεί ιδανική αναλογία μεταξύ πάχους στρώματος διασύνδεσης και διαμέτρου ινών 0,1-0,99 και, τέλος, πυρόλυση υπό αδρανές αέριο ώστε να ληφθούν ίνες SiC που προσφέρουν εξαιρετική αντοχή στη θερμοκρασία, καθώς και μειωμένο κόστος κατασκευής και κατάλληλες ιδιότητες κάμψης. Τα τελικά προϊόντα διαθέτουν εξαιρετική αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, χαμηλό κόστος κατασκευής και καλές ιδιότητες κάμψης για τις εφαρμογές τους.

Υλικό ενίσχυσης

Οι ίνες καρβιδίου του πυριτίου χρησιμοποιούνται ως ενισχυτικό υλικό σε σύνθετα υλικά κεραμικής μήτρας (CMC). Οι ιδιότητές της την καθιστούν κατάλληλη για χρήση σε πολλές εφαρμογές της ενεργειακής βιομηχανίας, όπως σε σταθμούς παραγωγής ενέργειας με άνθρακα και πυρηνικούς αντιδραστήρες, καθώς και σε ανθεκτικές στη θερμότητα κουρτίνες και ιμάντες. Η αντοχή της ίνας καρβιδίου του πυριτίου σε υψηλές θερμοκρασίες και η ανθεκτικότητα την καθιστούν εξαιρετική επιλογή ως συστατικό σε υλικά ενίσχυσης CMC, όπως κουρτίνες ή ζώνες θερμικής αντοχής.

Από το 2008, έχουν σημειωθεί σημαντικές πρόοδοι στις τεχνικές κατασκευής ινών καρβιδίου του πυριτίου, οι οποίες οδήγησαν σε σχεδόν στοιχειομετρικές ίνες μικρής διαμέτρου με ιδιότητες κατάλληλες για τις περισσότερες εφαρμογές σύνθετων υλικών κεραμικής μήτρας (CMC) και πυρηνικές εφαρμογές. Δυστυχώς, το κόστος κατασκευής εξακολουθεί να περιορίζει τη χρήση τους.

Η ζήτηση ινών καρβιδίου του πυριτίου στη Βόρεια Αμερική αυξάνεται γρήγορα καθώς οι αεροδιαστημικές και στρατιωτικές βιομηχανίες επεκτείνονται, λόγω της ισχυρής ζήτησης εμπορικών αεροσκαφών καθώς και των αυξανόμενων αμυντικών δαπανών στην περιοχή. Οι αυξημένες δαπάνες αναμένεται να τροφοδοτήσουν την αύξηση των υβριδικών σύνθετων υλικών μεταλλικής μήτρας αλουμινίου ενισχυμένων με ίνες καρβιδίου πυριτίου.

Η παγκόσμια αγορά ινών καρβιδίου πυριτίου μπορεί να χωριστεί ανάλογα με τη μορφή και την εφαρμογή. Οι συνεχείς ίνες καρβιδίου του πυριτίου κατείχαν το μεγαλύτερο μερίδιο αγοράς το 2023 και αναμένεται να παρουσιάσουν σύνθετη ετήσια αύξηση με αναμενόμενο σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 35,9% από το 2024-2030. Αυτές οι εύκολες στην επεξεργασία ίνες μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν σε εξαρτήματα σύνθετου σχήματος, ενώ η ανθεκτική τους φύση στην ακτινοβολία προσελκύει την προσοχή των βιομηχανιών παραγωγής πυρηνικής ενέργειας.

Σύνθετα υλικά μεταλλικής μήτρας

Οι ίνες καρβιδίου του πυριτίου μπορούν να βοηθήσουν τους κινητήρες αεροσκαφών να μειώσουν το βάρος και το κόστος μειώνοντας τα υλικά που χρησιμοποιούνται για το βάρος. Όμως η παραγωγή της παρουσιάζει τις δικές της προκλήσεις- όπως να μπορεί να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες χωρίς ρωγμές- καθώς και ιδιότητες αντίστασης στη διάβρωση και στην κόπωση στα υλικά της.

Μια επιλογή για τη βελτίωση των σύνθετων υλικών θα ήταν η δημιουργία νέων μετάλλων που παρέχουν καλύτερη αντιστοίχιση μεταξύ των υλικών ενίσχυσης και των μετάλλων ενίσχυσης, οδηγώντας σε ισχυρότερα και ανθεκτικότερα σύνθετα υλικά. Μια άλλη προσέγγιση θα μπορούσε να περιλαμβάνει τη χρήση κεραμικών μητρών που καθιστούν τα σύνθετα υλικά ελαφρύτερα, ενώ παράλληλα επιτρέπουν στις ίνες να διαμορφώνονται σε διάφορες μορφές.

Τα σύνθετα υλικά αλουμινίου ενισχυμένα με ίνες βορίου που παράγονται για εξαρτήματα κινητήρων αεριωθούμενων αεροσκαφών έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι δύο φορές ισχυρότερα και πιο ανθεκτικά στη θερμότητα από τα κράματα με βάση το νικέλιο, αλλά κοστίζουν περίπου $100 λιγότερο ανά κιλό για την παραγωγή τους - γεγονός που αποτελεί σημαντική βελτίωση σε σχέση με τα συμβατικά κράματα νικελίου που είναι σήμερα το πρότυπο για τα περισσότερα εξαρτήματα αεροσκαφών.

Για τη δημιουργία σύνθετων υλικών μεταλλικής μήτρας ενισχυμένων με βόριο, οι ίνες καρβιδίου του πυριτίου πρέπει πρώτα να επικαλυφθούν με μέταλλο για να ενισχυθεί η διαβρεξιμότητά τους με το μέταλλο της μήτρας και να συσσωρευτούν και να θερμανθούν υπό πίεση πριν γεμίσουν μεταξύ κάθε στοίβας με τη χρήση σκόνης μετάλλου της μήτρας αναμεμειγμένης με οργανικό συνδετικό υλικό.

Εφαρμογές

Οι ίνες καρβιδίου του πυριτίου είναι μια μορφή πυρίμαχου υλικού που χρησιμοποιείται σε πολλαπλές εφαρμογές, όπως θερμοανθεκτικά υλικά για κινητήρες αεριωθούμενων αεροσκαφών και σύνθετα υλικά κεραμικής μήτρας, υλικό ενίσχυσης για ζώνες και υφάσματα φίλτρων υψηλής θερμοκρασίας, φιλτράρισμα αερίων ή μετάλλων υψηλής θερμοκρασίας μέσω φίλτρων υφασμάτων φίλτρου και βασικό συστατικό σε σύνθετα υλικά μεταλλικής μήτρας ενισχυμένα με καρβίδιο του πυριτίου - εφαρμογές που αναμένεται να συμβάλουν σημαντικά στην αύξηση των εσόδων της αγοράς.

Μέχρι το 2024, οι υφαντές ίνες καρβιδίου του πυριτίου θα κυριαρχήσουν στην παγκόσμια αγορά λόγω των ανώτερων μηχανικών ιδιοτήτων και της ευελιξίας κατασκευής τους. Οι υφαντές ίνες καρβιδίου του πυριτίου μπορούν εύκολα να υφαίνονται σε διαφορετικές δομές όπως σωλήνες, σωλήνες ή σακούλες και διαθέτουν εξαιρετική αντοχή στη φθορά, καθιστώντας την κορυφαία επιλογή για εξαρτήματα αυτοκινήτων.

Η ίνα καρβιδίου πυριτίου μπορεί να ξεπεράσει τα παραδοσιακά υπερκράματα με βάση το νικέλιο, όντας δύο φορές ισχυρότερη και 20% ελαφρύτερη, με βελτιωμένη χημική σταθερότητα, χημική αντοχή, αντοχή στη θερμότητα, θερμική αγωγιμότητα και αντοχή. Επιπλέον, η κρυσταλλική δομή SiC μπορεί να αντέξει υψηλότερα επίπεδα εφελκυστικών τάσεων χωρίς παραμόρφωση ή θραύση.

Η American Elements προσφέρει μια εντυπωσιακή γκάμα προηγμένων υλικών για αεροδιαστημική και ηλεκτρονική χρήση στις ΗΠΑ. Αυτά περιλαμβάνουν ίνες SiC από Sylramic που παράγονται από την COI Ceramics Inc. και συσκευάζονται σε καρούλια από χαρτόνι 3 ιντσών- μπορούν να υφαίνονται ή να δένονται με ταινία σύμφωνα με τα ατομικά αιτήματα των πελατών σε πολλαπλά μοτίβα ύφανσης- επιπλέον διατίθενται σε πολλαπλά μεγέθη και μήκη για απόλυτη ευελιξία.