مزايا ألياف كربيد السيليكون كربيد السيليكون

ألياف كربيد السيليكون هي مادة سيراميك عالية الأداء ذات مزايا عديدة، بما في ذلك مقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية والصلابة والقوة والكثافة المنخفضة. وعلاوة على ذلك، فهي تتميز بمقاومة ممتازة للتآكل وخصائص ثبات حراري.

كان لكوفيد-19 تأثير سلبي على الطلب وسلاسل التوريد في العديد من الصناعات، مما أدى إلى تباطؤ الإنتاج بين مصنعي الطيران والدفاع.

مقاومة درجات الحرارة العالية

تبرز ألياف كربيد السيليكون كخيار استثنائي لمركبات المصفوفة المعدنية والسيراميك بسبب مقاومتها الشديدة لدرجات الحرارة العالية، وذلك بفضل قوة الكسر الاستثنائية ومقاومتها للأكسدة مما يسمح لها بالبقاء سليمة في درجات حرارة تتجاوز 1000 درجة فهرنهايت (540 درجة فهرنهايت). ويكمن ثباتها في محتواها المنخفض من الأكسجين الذي يضمن ثباتها في درجات الحرارة العالية بمرور الوقت.

وتوفر هذه المادة بديلاً خفيف الوزن وعالي الأداء للسبائك الفائقة المصنوعة من النيكل، حيث توفر قوة ومقاومة للحرارة وخمولاً كيميائياً مماثلاً بينما تكون أخف وزناً وأكثر متانة. وعلاوة على ذلك، فإن طبيعته الخاملة كيميائياً تعني أنه يقاوم التآكل وكذلك التلف الكيميائي.

تم استحداث عملية تصنيع مبتكرة لصنع ألياف كربيد السيليكون المقاومة لدرجات الحرارة العالية. وباستخدام سيلان منخفض الجزيئات (LPS) كمادة خام وتفاعله مع مركب عضوي يحتوي على عناصر التكثيف لإنتاج بولي كربيد السيليكون المحتوية على الـ AL و Y، ثم يتم غزل ألياف متصلة منها باستخدام تقنية الغزل الذائب قبل تلبيدها لتشكيل ألياف كربيد السيليكون المقاومة لدرجات الحرارة العالية.

عالية القوة

ألياف كربيد السيليكون هي مادة قوية قادرة على تحمل درجات الحرارة القصوى. وبفضل تركيبته المتكافئة وبنيته المجهرية متعددة البلورات، فإن تركيبته تمنح قوة شد عالية في حين أن صلابته ومقاومته الكيميائية تجعله مناسبًا لعمليات تصلب المعادن وكذلك تطبيقات التبريد بالزيت في عمليات تبريد المعادن. وعلاوة على ذلك، يمكن لكربيد السيليكون أن يتحمل بيئات الضغط العالي - مما يجعله خيارًا ممتازًا لموانع تسرب مضخة الزيت وكذلك المنتجات الميكانيكية الأخرى التي تعمل في هذه الظروف.

من المتوقع أن يؤدي ارتفاع الإنتاج الفضائي والعسكري، وزيادة تمويل وكالة ناسا وعوامل أخرى إلى زيادة الطلب على ألياف كربيد السيليكون في أمريكا الشمالية، والتي تستخدم في أقراص المكابح الخزفية للسيارات الرياضية وكذلك السترات الواقية من الرصاص.

طوّر مركز ناسا جلين للأبحاث التابع لوكالة ناسا عملية تعمل بالموجات الدقيقة لإنتاج سحب سيليكون سيكلور أقوى مما يساعد المصنعين على تقليل متطلبات الطاقة ودرجات حرارة المعالجة وأوقات المعالجة بالإضافة إلى معالجة سحب سيكلور سيليكون التالف أو منخفض الجودة لتحسين الأداء. وعلاوةً على ذلك، توفر هذه العملية المبتكرة تكاليف العمالة مع زيادة إنتاجية سيليكون السيليكون القابل للاستخدام.

ثبات في درجات الحرارة العالية

تشتهر ألياف كربيد السيليكون بكونها مواد شديدة الصلابة والمتانة وذات توصيل حراري ممتاز ومقاومة ممتازة للتمدد الحراري، ومقاومة للتآكل، وقوة معامل عالية ومعدلات تمدد حراري منخفضة وخصائص قوة - وهي صفات تجعلها مناسبة لعمليات التبريد بالزيت في عمليات التبريد بالزيت في تصلب المعادن وكذلك استخدامها في المواد المقاومة للتآكل أو مركبات مصفوفة السيراميك.

نمو سوق ألياف كربيد السيليكون يتوسع سوق ألياف كربيد السيليكون المستمر بسرعة بسبب طلب صناعة الطيران والدفاع على المكونات خفيفة الوزن. ونظرًا لمقاومتها الفائقة للأكسدة والنقاء الكيميائي، يمكن العثور على ألياف كربيد السيليكون المستمرة في العديد من التطبيقات؛ في حين أن ألياف كربيد السيليكون المنسوجة قد تكون مناسبة للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية مثل المفاعلات النووية أو الأفران المعدنية.

استُخدمت تقنية SEM لفحص الأشكال السطحية لألياف SiC-9 وSiC-14 المُعدّة في مختبرنا. كان محتوى الأكسجين في هذه العينات 0.07 في المئة فقط من الوزن - أي أقل بكثير من النسبة المتكافئة من SiC. كان الثبات الحراري ممتازًا مع عدم وجود تغييرات يمكن اكتشافها حتى أثناء المعالجات الحرارية الممتدة.

مقاومة التآكل

ألياف كربيد السيليكون هي مادة خزفية متطورة ذات خصائص حرارية وكيميائية وميكانيكية فائقة. إن قدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية تجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتحلل فيها المواد الأخرى أو تفشل بسرعة؛ في حين أن مقاومتها للزحف ومقاومة الأكسدة ومقاومة التعب ومقاومة الزحف تجعلها مواد مناسبة لتطبيقات الفضاء والمعدات العسكرية.

تنبع مقاومة ألياف كربيد السيليكون للتآكل من كثافة مسامها المنخفضة ومساحة سطحها النوعية العالية، والتي تتحقق من خلال عملية التسلل-التحلل الحراري. يدخل البولي كاربوسيلين من جزيئات السلائف إلى المسام لتشكيل كربيد السيليكون الثانوي الذي يقلل بعد ذلك من حجم المسام؛ ثم تخضع العينات الخضراء المصنعة من خلال هذه الخطوة لدورات متعددة من التسلل-التحلل الحراري الذي يزيد من كثافتها مع تقليل المسامية.

تسببت جائحة كوفيد-19 في إحداث فوضى في سلاسل العرض والطلب في العديد من الصناعات. فقد أغلقت العديد من المصانع أبوابها، بينما تواجه شركات الطيران والصناعات الدفاعية صعوبات في العمل بسبب القيود المفروضة على السفر والشحن.