Trh s vlákny karbidu křemíku

Podle formy lze trh s vlákny z karbidu křemíku rozdělit na kontinuální a tkané výrobky z karbidu křemíku. S nárůstem průmyslové výroby vycházející z leteckého a obranného průmyslu a energetického průmyslu, který používá kontinuální karbidová vlákna křemíku pro vytváření jaderných reaktorů, jako hlavní hnací síly.

Odolnost vůči vysokým teplotám

Karbid křemíku je díky své odolnosti vůči vysokým teplotám vynikajícím materiálem pro vyztužení kovů a plastů, z něhož se vyrábějí kompozity s vysokou pevností v tahu i modulem pružnosti. Kromě toho se elektrody z karbidu křemíku široce používají v pecích a indukčních vařičích jako průmyslový zdroj tepla; navíc mohou být dopovány dusíkem, fosforem, hliníkem nebo galiem k výrobě polovodičů typu n a p.

Karbid křemíku dobře odolává vysokým teplotám a zároveň je chemicky stabilní a rozměrově stálý, což z něj činí vynikající materiál pro podpěry a lopatky zásobníků destiček v pecích na výrobu polovodičů, stejně jako pro použití jako vyzdívky pecí, opotřebitelné desky a vyzdívky trubek v závodech na výrobu elektroniky.

Výstavba jaderných zařízení v rozvinutých i rozvojových zemích rychle postupuje, což by mohlo zvýšit poptávku po energetických a energetických komponentech, které obsahují izolační materiály z karbidu křemíku, jako jsou energetické reaktory, které je hojně využívají jako izolační materiál.

Metody výroby vysokoteplotně odolných vláken karbidu křemíku se skládají ze tří kroků: získání prekurzorů vláken pomocí polykarbosilanového taveninového zvlákňování, ponoření těchto prekurzorů do reakčních monomerů pro namáčení a vytvrzování, aby se dosáhlo ideálního poměru mezi tloušťkou zesíťované vrstvy a průměrem vlákna 0,1-0,99, a nakonec krakování v inertním plynu, aby se získala SiC vlákna, která mají vynikající teplotní odolnost a také nižší výrobní náklady a vhodné ohybové vlastnosti. Výsledné produkty mají vynikající odolnost vůči vysokým teplotám, nízké výrobní náklady a dobré ohybové vlastnosti pro jejich použití.

Výztužný materiál

Karbid křemíku se používá jako výztužný materiál v kompozitech s keramickou matricí (CMC). Díky svým vlastnostem je vhodné pro použití v mnoha aplikacích v energetickém průmyslu, jako jsou uhelné elektrárny a jaderné reaktory, a také v tepelně odolných závěsech a pásech. Odolnost vláken karbidu křemíku vůči vysokým teplotám a trvanlivost z nich činí vynikající volbu jako složky výztužných materiálů CMC, jako jsou tepelně odolné závěsy nebo pásy.

Od roku 2008 došlo k významnému pokroku v technikách výroby vláken z karbidu křemíku, což vedlo ke vzniku téměř stechiometrických vláken o malém průměru s vlastnostmi vhodnými pro většinu kompozitů s keramickou matricí (CMC) a jaderných aplikací. Bohužel výrobní náklady stále omezují jejich použití.

Poptávka po vláknech z karbidu křemíku v Severní Americe rychle roste s tím, jak se rozšiřuje letecký a vojenský průmysl, a to díky silné poptávce po komerčních letadlech a rostoucím výdajům na obranu v regionu. Zvýšené výdaje by měly podpořit nárůst hybridních kompozitů s kovovou matricí z hliníku vyztužených karbidem křemíku.

Globální trh s karbidem křemíku lze rozdělit podle formy a použití. Kontinuální karbidová vlákna křemíku měla v roce 2023 největší podíl na trhu a předpokládá se, že v letech 2024-2030 budou vykazovat složený roční růst s očekávanou složenou roční mírou růstu 35,91 %. Tato snadno zpracovatelná vlákna lze snadno integrovat do složitě tvarovaných součástí, přičemž jejich radiační odolnost přitahuje pozornost odvětví výroby jaderné energie.

Kompozity s kovovou matricí

Vlákna karbidu křemíku mohou pomoci snížit hmotnost a náklady leteckých motorů tím, že sníží množství použitých materiálů nesoucích hmotnost. Jeho výroba však přináší řadu výzev, například schopnost odolávat vysokým teplotám bez praskání, stejně jako odolnost proti korozi a únavě materiálu.

Jednou z možností, jak zlepšit kompozity, by bylo vytvoření nových kovů, které by zajistily lepší soulad mezi výztužnými materiály a kovy, což by vedlo k pevnějším a odolnějším kompozitům. Jiný přístup by mohl zahrnovat použití keramických matric, které by kompozity odlehčily a zároveň umožnily tvarování vláken do různých tvarů.

Kompozity s hliníkovou matricí vyztužené bórovými vlákny vyráběné pro komponenty proudových motorů mají tu výhodu, že jsou dvakrát pevnější a žáruvzdornější než slitiny na bázi niklu, ale jejich výroba stojí přibližně o $100 kg méně - což představuje významné zlepšení oproti běžným niklovým slitinám, které jsou v současnosti standardem pro většinu leteckých komponent.

Pro vytvoření kompozitů s kovovou matricí vyztužených borem musí být vlákna karbidu křemíku nejprve potažena kovem, aby se zvýšila jejich smáčivost s kovovou matricí, a před vyplněním mezi jednotlivými stohy se musí navršit a zahřát pod tlakem pomocí kovového prášku matrice smíchaného s organickým pojivem.

Aplikace

Karbid křemíku je forma žáruvzdorného materiálu používaného v mnoha aplikacích, včetně žáruvzdorných materiálů pro tryskové motory a kompozitů s keramickou matricí, výztužného materiálu pro vysokoteplotní pásy a filtrační tkaniny, filtrace vysokoteplotních plynů nebo kovů přes filtrační tkaniny a klíčové složky kompozitů s kovovou matricí vyztužených karbidem křemíku - aplikace, které by měly významně přispět k růstu příjmů na trhu.

Do roku 2024 budou celosvětovému trhu pravděpodobně dominovat tkaná vlákna z karbidu křemíku díky svým vynikajícím mechanickým vlastnostem a výrobní flexibilitě. Tkaná vlákna z karbidu křemíku lze snadno vetkat do různých struktur, jako jsou hadice, trubky nebo vaky, a vyznačují se vynikající odolností proti opotřebení, což z nich činí nejlepší volbu pro automobilové díly.

Vlákna z karbidu křemíku mohou předčit tradiční superslitiny na bázi niklu tím, že jsou dvakrát pevnější a 20% lehčí, mají lepší chemickou stabilitu, chemickou odolnost, tepelnou odolnost, tepelnou vodivost a trvanlivost. Krystalická struktura SiC navíc odolává vyšším úrovním tahového namáhání, aniž by došlo k deformaci nebo zlomení.

Společnost American Elements nabízí v USA působivý sortiment pokročilých materiálů pro použití v letectví a elektronice. Patří mezi ně SiC vlákna Sylramic vyráběná společností COI Ceramics Inc. a balená na 3palcových kartonových cívkách; lze je tkát nebo páskovat podle individuálních požadavků zákazníka v několika vzorech tkaní; navíc se dodávají ve více velikostech a délkách pro maximální flexibilitu.