سوق ألياف كربيد السيليكون

استنادًا إلى شكلها، يمكن تقسيم سوق ألياف كربيد السيليكون إلى منتجات ألياف كربيد السيليكون المستمرة والمنسوجة. مع زيادة الإنتاج الصناعي القادم من قطاعي الطيران والدفاع وصناعة الطاقة باستخدام ألياف كربيد السيليكون المستمرة لإنشاء مفاعلات نووية كمحركات رئيسية.

مقاومة لدرجات الحرارة العالية

إن مقاومة ألياف كربيد السيليكون لدرجات الحرارة العالية تجعلها مادة تقوية ممتازة للمعادن والبلاستيك، مما ينتج مركبات ذات قوة شد عالية ومعامل مرونة عالية. وعلاوة على ذلك، تُستخدم أقطاب ألياف كربيد السيليكون على نطاق واسع في الأفران وأفران الطهي بالحث كمصدر تسخين صناعي؛ بالإضافة إلى ذلك، يمكن تطعيمها بالنيتروجين أو الفوسفور أو الألومنيوم أو الغاليوم لإنتاج أشباه موصلات من النوع n والنوع p.

يتحمل كربيد السيليكون جيدًا درجات الحرارة المرتفعة مع ثباته كيميائيًا وثبات أبعاده، مما يجعله خيارًا ممتازًا من المواد لدعامات صينية الرقاقات والمجاذيف في أفران أشباه الموصلات، بالإضافة إلى استخدامه كبطانات أفران وألواح تآكل وأنابيب تبطين في مصانع تصنيع الإلكترونيات.

يشهد بناء المنشآت النووية في الدول المتقدمة والنامية على حد سواء تقدمًا سريعًا، مما قد يزيد من الطلب على مكونات الطاقة والطاقة التي تحتوي على مواد عزل ألياف كربيد السيليكون مثل مفاعلات الطاقة التي تستخدمها على نطاق واسع كمادة عازلة.

تتألف طرق إنتاج ألياف كربيد السيليكون المقاومة لدرجات الحرارة العالية من ثلاث خطوات: الحصول على سلائف الألياف من خلال الغزل الذائب من البولي كاربوسيلان، وغمر هذه الألياف السليفة في مونومرات التفاعل للنقع والمعالجة لتحقيق نسبة مثالية بين سمك طبقة الربط المتقاطع وقطر الألياف من 0.1-0.99 وأخيرًا التكسير تحت غاز خامل للحصول على ألياف كربيد السيليكون التي توفر مقاومة ممتازة لدرجات الحرارة بالإضافة إلى انخفاض تكاليف التصنيع وخصائص انثناء مناسبة. وتتمتع المنتجات النهائية بمقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية وتكاليف تصنيع منخفضة وخصائص انثناء جيدة لتطبيقاتها.

مواد التعزيز

تُستخدم ألياف كربيد السيليكون كمادة تقوية في مركبات المصفوفة الخزفية (CMC). تجعلها خصائصها مناسبة للاستخدام في العديد من تطبيقات صناعة الطاقة مثل محطات توليد الطاقة بالفحم والمفاعلات النووية وكذلك في الستائر والأحزمة المقاومة للحرارة. إن مقاومة ألياف كربيد السيليكون لدرجات الحرارة العالية والمتانة تجعلها خيارًا ممتازًا كعنصر في مواد تقوية مركبات المصفوفة الخزفية (CMC)، مثل الستائر أو الأحزمة المقاومة للحرارة.

منذ عام 2008، تم إحراز تقدم كبير في تقنيات تصنيع ألياف كربيد السيليكون، مما أدى إلى إنتاج ألياف صغيرة القطر شبه متكافئة ذات خصائص مناسبة لمعظم مركبات المصفوفة الخزفية (CMC) والتطبيقات النووية. ولسوء الحظ، لا تزال تكاليف التصنيع تحد من استخدامها.

يتزايد الطلب على ألياف كربيد السيليكون في أمريكا الشمالية بسرعة مع توسع صناعات الطيران والصناعات العسكرية، مدفوعًا بالطلب القوي على الطائرات التجارية بالإضافة إلى ارتفاع الإنفاق الدفاعي في المنطقة. وينبغي أن يؤدي الإنفاق المتزايد إلى زيادة مركبات مصفوفة الألومنيوم المعدنية الهجينة المعززة بألياف كربيد السيليكون.

يمكن تقسيم سوق ألياف كربيد السيليكون العالمية حسب الشكل والتطبيق. استحوذت ألياف كربيد السيليكون المستمرة على أكبر حصة في السوق في عام 2023، ومن المتوقع أن تشهد نموًا سنويًا مركبًا مركبًا بمعدل نمو سنوي مركب مركب متوقع يبلغ 35.91 تيرابايت في الفترة من 2024-2030. ويمكن دمج هذه الألياف التي يسهل التعامل معها بسهولة في مكونات معقدة الشكل، في حين أن طبيعتها المقاومة للإشعاع تجذب انتباه صناعات توليد الطاقة النووية.

مركبات المصفوفة المعدنية

يمكن لألياف كربيد السيليكون أن تساعد محركات الطائرات على خفض الوزن والتكلفة من خلال تقليل المواد المستخدمة في تحمل الوزن. إلا أن إنتاجها يطرح مجموعة من التحديات الخاصة بها؛ مثل القدرة على تحمل درجات الحرارة العالية دون تشقق؛ فضلاً عن خصائص مقاومة التآكل ومقاومة التعب في موادها.

ويتمثل أحد خيارات تحسين المركبات في ابتكار معادن جديدة توفر تطابقًا أفضل بين مواد التعزيز والمعادن المقوية، مما يؤدي إلى مركبات أقوى وأكثر متانة. وقد ينطوي نهج آخر على استخدام مصفوفات خزفية تجعل المركبات أخف وزنًا مع السماح في الوقت نفسه بتشكيل الألياف في أشكال مختلفة.

وتتميز مركبات مصفوفة الألومنيوم المعززة بألياف البورون المنتجة لمكونات المحركات النفاثة بأنها أقوى بمرتين وأكثر مقاومة للحرارة من السبائك المصنوعة من النيكل، ولكن تكلفة إنتاجها أقل بحوالي $100 للرطل الواحد، وهو ما يمثل تحسناً كبيراً مقارنةً بسبائك النيكل التقليدية التي تعتبر قياسية حالياً في معظم مكونات الطائرات.

لإنشاء مركبات المصفوفة المعدنية المعززة بالبورون، يجب أولاً طلاء ألياف كربيد السيليكون بالمعدن لتعزيز قابليتها للبلل مع معدن المصفوفة وتكديسها وتسخينها تحت الضغط قبل أن يتم ملؤها بين كل كومة باستخدام مسحوق معدني مصفوفة ممزوج بمادة رابطة عضوية.

التطبيقات

ألياف كربيد السيليكون هي شكل من أشكال المواد المقاومة للحرارة المستخدمة في تطبيقات متعددة، بما في ذلك المواد المقاومة للحرارة للمحركات النفاثة ومركبات المصفوفة الخزفية، ومواد تقوية الأحزمة وأقمشة الترشيح ذات درجة الحرارة العالية، وتصفية الغازات أو المعادن ذات درجة الحرارة العالية من خلال مرشحات قماش الترشيح والمكون الرئيسي في مركبات المصفوفة المعدنية المقواة بكربيد السيليكون - وهي تطبيقات من شأنها أن تساهم بشكل كبير في نمو الإيرادات في السوق.

وبحلول عام 2024، من المرجح أن تهيمن ألياف كربيد السيليكون المنسوجة على السوق العالمية بسبب خصائصها الميكانيكية الفائقة ومرونة التصنيع. يمكن نسج ألياف كربيد السيليكون المنسوجة بسهولة في هياكل مختلفة مثل الخراطيم أو الأنابيب أو الأكياس وتتميز بمقاومة ممتازة للتآكل مما يجعلها الخيار الأفضل لقطع غيار السيارات.

يمكن لألياف كربيد السيليكون أن تتفوق على السبائك الفائقة التقليدية القائمة على النيكل من خلال كونها أقوى بمرتين وأخف وزنًا بمقدار 201 تيرابايت 3 تيرابايت، مع تحسين الاستقرار الكيميائي والمتانة الكيميائية ومقاومة الحرارة والتوصيل الحراري والمتانة. وعلاوة على ذلك، يمكن للهيكل البلوري المصنوع من كربونات البوتاسيوم أن يتحمل مستويات أعلى من إجهاد الشد دون تشوه أو كسر.

تقدم شركة American Elements مجموعة رائعة من المواد المتطورة لاستخدامها في مجال الفضاء والإلكترونيات في الولايات المتحدة. وتشمل هذه المواد ألياف SiC من Sylramic التي تنتجها شركة COI Ceramics Inc وتعبئتها على بكرات كرتونية مقاس 3 بوصة؛ ويمكن نسجها أو لصقها وفقًا لطلبات العملاء الفردية في أنماط نسج متعددة؛ بالإضافة إلى أنها تأتي بأحجام وأطوال متعددة لتحقيق المرونة القصوى.