Piikarbidikuitumarkkinat

Muodon perusteella piikarbidikuitumarkkinat voidaan jakaa jatkuviin ja kudottuihin piikarbidikuitutuotteisiin. Tärkeimpinä vetureina ovat lisääntynyt teollisuustuotanto ilmailu-, avaruus- ja puolustusalalla sekä energiateollisuus, joka käyttää jatkuvaa piikarbidikuitua ydinreaktoreiden rakentamiseen.

Korkean lämpötilan kestävä

Piikarbidikuidun korkea lämpötilankestävyys tekee siitä erinomaisen lujitemateriaalin metalleille ja muoveille, ja siitä saadaan komposiitteja, joilla on sekä korkea vetolujuus että kimmomoduuli. Lisäksi piikarbidikuituelektrodeja käytetään laajalti uuneissa ja induktioliesissä teollisena lämmönlähteenä; lisäksi sitä voidaan seostaa typellä, fosforilla, alumiinilla tai galliumilla n- ja p-tyypin puolijohteiden tuottamiseksi.

Piikarbidi kestää hyvin korkeita lämpötiloja ja on samalla kemiallisesti ja mitoiltaan stabiili, minkä vuoksi se on erinomainen materiaalivalinta puolijohdeuunien kiekkotarjottimien ja -levyjen tueksi sekä uunien vuorauksiin, kulutuslevyihin ja vuorausputkiin elektroniikkateollisuuden tuotantolaitoksissa.

Ydinlaitosten rakentaminen sekä teollisuus- että kehitysmaissa etenee nopeasti, mikä voi lisätä piikarbidikuitueristemateriaaleja sisältävien energia- ja voimalaitoskomponenttien kysyntää, esimerkiksi voimalaitosreaktoreissa, joissa niitä käytetään laajasti eristysmateriaalina.

Menetelmät korkean lämpötilan kestävien piikarbidikuitujen valmistamiseksi koostuvat kolmesta vaiheesta: esiasteiden hankkiminen polykarbosilaanin sulakehittämisen avulla, esiasteiden upottaminen reaktiomonomeereihin liotusta ja kovettumiskäsittelyä varten, jotta saavutetaan ihanteellinen suhde ristisilloituskerroksen paksuuden ja kuidun halkaisijan välillä, joka on 0,1-0,99, ja lopuksi halkaisu inertissä kaasussa, jotta saadaan piikarbidikuituja, jotka kestävät erinomaisesti lämpötiloja, alentavat valmistuskustannuksia ja tarjoavat sopivia taivutusominaisuuksia. Lopputuotteilla on erinomainen korkean lämpötilan kestävyys, alhaiset valmistuskustannukset ja sovelluksiinsa sopivat taivutusominaisuudet.

Vahvistusmateriaali

Piikarbidikuitua käytetään lujitemateriaalina keraamisissa matriisikomposiiteissa (CMC). Ominaisuuksiensa ansiosta se soveltuu käytettäväksi monissa energiateollisuuden sovelluksissa, kuten hiilivoimalaitoksissa ja ydinreaktoreissa, sekä lämmönkestävissä verhoissa ja hihnoissa. Piikarbidikuidun kestävyys korkeissa lämpötiloissa ja kestävyys tekevät siitä erinomaisen valinnan CMC-vahvistusmateriaalien, kuten lämmönkestävien verhojen tai hihnojen, ainesosaksi.

Vuodesta 2008 lähtien piikarbidikuitujen valmistustekniikoissa on edistytty merkittävästi, mikä on johtanut lähes stoikiometristen, halkaisijaltaan pienten kuitujen valmistukseen, joiden ominaisuudet soveltuvat useimpiin keraamisiin matriisikomposiitteihin (CMC) ja ydinsovelluksiin. Valitettavasti valmistuskustannukset rajoittavat edelleen niiden käyttöä.

Piikarbidikuitujen kysyntä Pohjois-Amerikassa kasvaa nopeasti ilmailu- ja avaruusteollisuuden sekä sotateollisuuden laajentuessa, mikä johtuu voimakkaasta kaupallisten lentokoneiden kysynnästä ja alueen kasvavista puolustusmenoista. Lisääntyneiden menojen odotetaan lisäävän piikarbidikuituvahvisteilla vahvistettujen hybridi-alumiini-metallimatriisikomposiittien määrää.

Piikarbidikuitujen maailmanmarkkinat voidaan jakaa muodon ja sovelluksen mukaan. Jatkuvien piikarbidikuitujen markkinaosuus oli suurin vuonna 2023, ja niiden vuotuisen kasvun ennustetaan olevan 35,9% vuosina 2024-2030. Näitä helposti käsiteltäviä kuituja voidaan helposti integroida monimutkaisen muotoisiin komponentteihin, ja niiden säteilynkestävyys herättää huomiota ydinvoimateollisuudessa.

Metallimatriisikomposiitit

Piikarbidikuitu voi auttaa lentokoneiden moottoreita vähentämään painoa ja kustannuksia vähentämällä painoa kantavien materiaalien käyttöä. Sen tuotantoon liittyy kuitenkin omat haasteensa, kuten se, että se kestää korkeita lämpötiloja halkeilematta, sekä sen materiaalien korroosionkestävyys- ja väsymiskestävyysominaisuudet.

Yksi vaihtoehto komposiittien parantamiseksi olisi sellaisten uusien metallien luominen, jotka sopivat paremmin yhteen lujitemateriaalien ja lujitemetallien välillä, mikä johtaisi vahvempiin ja kestävämpiin komposiitteihin. Toinen lähestymistapa voisi olla sellaisten keraamisten matriisien käyttäminen, jotka tekevät komposiiteista kevyempiä mutta mahdollistavat silti kuitujen muokkaamisen eri muotoisiksi.

Suihkumoottorien komponentteihin valmistettavien boorikuituvahvisteisten alumiinimatriisikomposiittien etuna on, että ne ovat kaksi kertaa vahvempia ja lämmönkestävämpiä kuin nikkelipohjaiset seokset, mutta niiden tuotantokustannukset ovat noin $100 kiloa kohden pienemmät - tämä on merkittävä parannus verrattuna tavanomaisiin nikkeliseoksiin, jotka ovat nykyisin vakiovarusteena useimmissa lentokoneen komponenteissa.

Boorivahvisteisten metallimatriisikomposiittien luomiseksi piikarbidikuidut on ensin päällystettävä metallilla, jotta niiden kostutuskyky matriisimetallin kanssa paranee, ja ne on pinottava ja lämmitettävä paineen alaisena ennen kuin ne täytetään kunkin pinon väliin käyttämällä matriisimetallijauhetta, joka on sekoitettu orgaaniseen sideaineeseen.

Sovellukset

Piikarbidikuitu on eräänlainen tulenkestävä materiaali, jota käytetään useissa eri sovelluksissa, kuten suihkumoottoreiden kuumuutta kestävissä materiaaleissa ja keraamisissa matriisikomposiiteissa, korkeissa lämpötiloissa käytettävien hihnojen ja suodatinkankaiden lujitemateriaalina, korkeissa lämpötiloissa käytettävien kaasujen tai metallien suodattamisessa suodatinkankaiden suodattimilla sekä piikarbidilla lujitettujen metallimatriisikomposiittien keskeisenä komponenttina - sovellukset, joiden odotetaan edistävän merkittävästi markkinoiden liikevaihdon kasvua.

Vuoteen 2024 mennessä kudotut piikarbidikuidut todennäköisesti hallitsevat maailmanmarkkinoita sen ylivoimaisten mekaanisten ominaisuuksien ja valmistuksen joustavuuden ansiosta. Kudottu piikarbidikuitu voidaan helposti kutoa erilaisiin rakenteisiin, kuten letkuihin, putkiin tai pusseihin, ja sillä on erinomainen kulutuskestävyys, mikä tekee siitä parhaan valinnan autoteollisuuden osiin.

Piikarbidikuitu voi päihittää perinteiset nikkelipohjaiset superseokset olemalla kaksi kertaa vahvempi ja 20% kevyempi, parantamalla kemiallista vakautta, kemiallista kestävyyttä, lämmönkestävyyttä, lämmönjohtavuutta ja kestävyyttä. Lisäksi SiC-kiderakenne kestää suurempia vetojännityksiä ilman muodonmuutoksia tai rikkoutumista.

American Elements tarjoaa vaikuttavan valikoiman edistyksellisiä materiaaleja ilmailu- ja avaruusteollisuuden sekä elektroniikan käyttöön Yhdysvalloissa. Näihin kuuluvat COI Ceramics Inc:n tuottamat Sylramicin SiC-kuidut, jotka on pakattu 3 tuuman pahvikeloille; ne voidaan kutoa tai teipata asiakkaan yksilöllisten toiveiden mukaan useissa eri kudontamalleissa; lisäksi niitä on saatavana useissa eri koossa ja pituuksissa täydellisen joustavuuden varmistamiseksi.