Рынок волокон карбида кремния

По форме волокна карбида кремния рынок можно разделить на непрерывные и тканые изделия из карбида кремния. Рост промышленного производства в аэрокосмической и оборонной отраслях, а также использование непрерывного карбидокремниевого волокна в энергетике для создания ядерных реакторов являются основными факторами.

Устойчивость к высоким температурам

Высокая термостойкость волокна карбида кремния делает его отличным армирующим материалом для металлов и пластмасс, позволяя получать композиты с высокой прочностью на разрыв и модулем упругости. Кроме того, электроды из волокна карбида кремния широко используются в печах и индукционных плитах в качестве промышленного источника нагрева; дополнительно его можно легировать азотом, фосфором, алюминием или галлием для получения полупроводников n- и p-типа.

Карбид кремния хорошо выдерживает высокие температуры, химически устойчив и стабилен по размерам, что делает его отличным материалом для изготовления опор и поддонов для полупроводниковых печей, а также для использования в качестве футеровки печей, износостойких плит и футеровочных труб на заводах по производству электроники.

Строительство ядерных объектов в развитых и развивающихся странах идет быстрыми темпами, что может привести к росту спроса на компоненты для энергетики и энергетики, содержащие изоляционные материалы из волокон карбида кремния, например, в энергетических реакторах, где они широко используются в качестве изоляционного материала.

Методы производства высокотемпературных волокон из карбида кремния состоят из трех этапов: получение исходных волокон путем прядения расплава поликарбосилана, погружение этих исходных волокон в реакционные мономеры для выдержки и полимеризации с целью достижения идеального соотношения между толщиной сшивающего слоя и диаметром волокна 0,1-0,99 и, наконец, крекинг в инертном газе для получения волокон SiC, которые обеспечивают превосходную термостойкость, а также снижение производственных затрат и подходящие свойства при изгибе. Конечные продукты обладают превосходной термостойкостью, низкой стоимостью производства и хорошими свойствами на изгиб, что позволяет использовать их в различных областях.

Арматурный материал

Волокно из карбида кремния используется в качестве армирующего материала в керамических матричных композитах (КМК). Его свойства позволяют использовать его во многих отраслях энергетики, таких как угольные электростанции и ядерные реакторы, а также в термостойких шторах и ремнях. Устойчивость волокна карбида кремния к высоким температурам и долговечность делают его отличным выбором в качестве ингредиента для армирующих материалов КМК, таких как термостойкие завесы и пояса.

С 2008 года в технологии производства волокон из карбида кремния были достигнуты значительные успехи, что привело к созданию волокон малого диаметра, близких к стехиометрическим, со свойствами, подходящими для большинства керамических матричных композитов (КМК) и ядерных применений. К сожалению, стоимость производства все еще ограничивает их применение.

Спрос на волокна из карбида кремния в Северной Америке быстро растет по мере развития аэрокосмической и военной промышленности, что обусловлено высоким спросом на коммерческие самолеты, а также ростом расходов на оборону в этом регионе. Увеличение расходов должно способствовать росту гибридных алюминиевых металломатричных композитов, армированных волокнами карбида кремния.

Мировой рынок волокон карбида кремния можно разделить по форме и применению. Непрерывные волокна из карбида кремния занимали наибольшую долю рынка в 2023 году, и, по прогнозам, в 2024-2030 годах их ежегодный рост будет составлять 35,9%. Эти легкие в обработке волокна могут быть легко интегрированы в компоненты сложной формы, а их радиационная стойкость привлекает внимание со стороны атомной энергетики.

Металломатричные композиты

Волокно из карбида кремния может помочь авиационным двигателям снизить вес и стоимость за счет уменьшения количества используемых несущих материалов. Однако его производство сопряжено с рядом трудностей, таких как способность выдерживать высокие температуры без растрескивания, а также коррозионная стойкость и усталостная прочность материалов.

Одним из вариантов усовершенствования композитов может стать создание новых металлов, обеспечивающих лучшее сочетание армирующих материалов и армирующих металлов, что приведет к созданию более прочных и долговечных композитов. Другой подход может включать использование керамических матриц, которые делают композиты более легкими, но при этом позволяют придавать волокнам различные формы.

Алюминиевые матричные композиты, армированные борными волокнами, для компонентов реактивных двигателей имеют преимущество в том, что они в два раза прочнее и термостойче, чем сплавы на основе никеля, но при этом стоят примерно на $100 меньше за фунт, что является значительным улучшением по сравнению с обычными никелевыми сплавами, которые в настоящее время являются стандартом для большинства компонентов самолетов.

Для создания армированных бором металломатричных композитов волокна карбида кремния сначала покрываются металлом для улучшения их смачиваемости матричным металлом, затем укладываются в стопку и нагреваются под давлением, после чего заполняются между каждой стопкой с помощью порошка матричного металла, смешанного с органическим связующим.

Приложения

Волокно из карбида кремния является одним из видов огнеупорных материалов, используемых в различных областях, включая жаропрочные материалы для реактивных двигателей и керамических матричных композитов, армирующий материал для высокотемпературных ремней и фильтровальных тканей, фильтрацию высокотемпературных газов или металлов через фильтровальные ткани и ключевой компонент в композитах с металлической матрицей, армированных карбидом кремния - области применения, которые должны внести значительный вклад в рост доходов на рынке.

К 2024 году тканое волокно из карбида кремния, вероятно, будет доминировать на мировом рынке благодаря своим превосходным механическим свойствам и гибкости производства. Тканое карбидокремниевое волокно можно легко сплести в различные структуры, такие как шланги, трубки или пакеты, и оно обладает отличной износостойкостью, что делает его лучшим выбором для автомобильных деталей.

Волокно из карбида кремния может превзойти традиционные суперсплавы на основе никеля, будучи в два раза прочнее и 20% легче, с улучшенной химической стабильностью, химической стойкостью, теплостойкостью, теплопроводностью и долговечностью. Кроме того, кристаллическая структура SiC может выдерживать более высокие уровни растягивающего напряжения без деформации и разрушения.

American Elements предлагает впечатляющий ассортимент передовых материалов для аэрокосмической промышленности и электроники в США. К ним относятся SiC-волокна Sylramic, производимые компанией COI Ceramics Inc и упакованные в 3-дюймовые картонные катушки; они могут быть сплетены или склеены в соответствии с индивидуальными запросами клиентов в различных вариантах плетения; кроме того, они поставляются в различных размерах и длинах для максимальной гибкости.