Markedet for siliciumcarbidfibre

Baseret på sin form kan markedet for siliciumcarbidfibre opdeles i kontinuerlige og vævede siliciumcarbidfiberprodukter. Med øget industriel produktion fra rumfarts- og forsvarssektoren og kraftindustrien, der bruger kontinuerlige siliciumcarbidfibre til at skabe atomreaktorer, som de vigtigste drivkræfter.

Modstandsdygtig over for høje temperaturer

Siliciumcarbidfiberens høje temperaturbestandighed gør den til et fremragende forstærkningsmateriale til metaller og plast, der producerer kompositter med både høj trækstyrke og elasticitetsmodul. Desuden bruges siliciumcarbidfiberelektroder i vid udstrækning i ovne og induktionskomfurer som en industriel varmekilde; derudover kan det doteres med nitrogen, fosfor, aluminium eller gallium for at producere n-type og p-type halvledere.

Siliciumcarbid kan godt tåle høje temperaturer, samtidig med at det er kemisk stabilt og dimensionsstabilt, hvilket gør det til et fremragende materialevalg til wafer tray supports og paddles i halvlederovne, samt til brug som ovnforinger, slidplader og foringsrør i elektronikproduktionsanlæg.

Byggeriet af atomkraftværker i både udviklede lande og udviklingslande skrider hurtigt frem, hvilket kan øge efterspørgslen efter energi- og kraftkomponenter, der indeholder isoleringsmaterialer af siliciumcarbidfibre, f.eks. kraftreaktorer, der i vid udstrækning bruger dem som isoleringsmateriale.

Metoder til fremstilling af højtemperaturbestandige siliciumcarbidfibre består af tre trin: fremskaffelse af precursorfibre gennem smeltespinding af polycarbosilan, nedsænkning af disse precursorfibre i reaktionsmonomerer til blødgøring og hærdningsbehandling for at opnå et ideelt forhold mellem tværbindingslagstykkelse og fiberdiameter på 0,1-0,99 og endelig krakning under inert gas for at opnå SiC-fibre, der giver fremragende temperaturbestandighed samt reducerede fremstillingsomkostninger og passende bøjningsegenskaber. De endelige produkter har fremragende høj temperaturbestandighed, lave fremstillingsomkostninger og gode bøjningsegenskaber til deres anvendelser.

Forstærkningsmateriale

Siliciumcarbidfibre bruges som forstærkningsmateriale i keramiske matrixkompositter (CMC). Dets egenskaber gør det velegnet til brug i mange energiindustrielle applikationer som kulkraftværker og atomreaktorer samt i varmebestandige gardiner og bælter. Siliciumcarbidfiberens modstandsdygtighed over for høje temperaturer og holdbarhed gør den til et fremragende valg som ingrediens i CMC-forstærkningsmaterialer, såsom varmebestandige gardiner eller bælter.

Siden 2008 er der sket betydelige fremskridt inden for fremstillingsteknikker til siliciumcarbidfibre, hvilket har ført til næsten støkiometriske fibre med lille diameter og egenskaber, der passer til de fleste keramiske matrixkompositter (CMC) og nukleare anvendelser. Desværre begrænser fremstillingsomkostningerne stadig brugen af dem.

Efterspørgslen efter siliciumcarbidfibre i Nordamerika stiger hurtigt i takt med, at rumfarts- og militærindustrien ekspanderer, drevet af en stærk efterspørgsel efter kommercielle fly samt stigende forsvarsudgifter i regionen. De øgede udgifter skulle gerne føre til flere hybride aluminiumsmatrixkompositter forstærket med siliciumkarbidfibre.

Det globale marked for siliciumcarbidfibre kan opdeles efter form og anvendelse. Kontinuerlige siliciumcarbidfibre havde den største markedsandel i 2023 og forventes at opleve en sammensat årlig vækst med en forventet sammensat årlig vækstrate på 35,9% fra 2024-2030. Disse fibre, der er lette at arbejde med, kan nemt integreres i komplekst formede komponenter, og deres strålingsbestandighed tiltrækker sig opmærksomhed fra atomkraftindustrien.

Metal matrix kompositter

Siliciumcarbidfibre kan hjælpe flymotorer med at reducere vægt og omkostninger ved at mindske brugen af vægtbærende materialer. Men produktionen af dem har sine egne udfordringer, såsom at kunne modstå høje temperaturer uden at revne, samt korrosionsbestandighed og udmattelsesmodstand i materialerne.

En mulighed for at forbedre kompositter ville være at skabe nye metaller, der giver bedre match mellem forstærkningsmaterialer og forstærkningsmetaller, hvilket fører til stærkere og mere holdbare kompositter. En anden tilgang kan være at bruge keramiske matricer, som gør kompositterne lettere, men som stadig gør det muligt at forme fibrene på forskellige måder.

Borfiberforstærkede aluminiumsmatrixkompositter, der produceres til jetmotorkomponenter, har den fordel, at de er to gange stærkere og mere varmebestandige end nikkelbaserede legeringer, men koster omkring $100 mindre pr. pund at producere - hvilket er en betydelig forbedring i forhold til konventionelle nikkellegeringer, der i øjeblikket er standard på de fleste flykomponenter.

For at skabe borforstærkede metalmatrixkompositter skal siliciumcarbidfibre først belægges med metal for at forbedre deres befugtningsevne med matrixmetallet og stables og opvarmes under tryk, før de fyldes ind mellem hver stabel ved hjælp af matrixmetalpulver blandet med et organisk bindemiddel.

Anvendelser

Siliciumcarbidfibre er en form for ildfast materiale, der anvendes i flere sammenhænge, herunder varmebestandige materialer til jetmotorer og keramiske matrixkompositter, forstærkningsmateriale til højtemperaturbælter og filterduge, filtrering af højtemperaturgasser eller metaller gennem filterdugsfiltre og nøglekomponent i siliciumcarbidforstærkede metalliske matrixkompositter - anvendelser, der bør bidrage væsentligt til omsætningsvæksten på markedet.

I 2024 vil vævede siliciumcarbidfibre sandsynligvis dominere det globale marked på grund af deres overlegne mekaniske egenskaber og produktionsfleksibilitet. Vævet siliciumcarbidfiber kan let væves til forskellige strukturer som slanger, rør eller poser og har fremragende slidstyrke, hvilket gør det til et førstevalg til bildele.

Silicon Carbide Fiber kan udkonkurrere traditionelle nikkelbaserede superlegeringer ved at være to gange stærkere og 20% lettere, med forbedret kemisk stabilitet, kemisk holdbarhed, varmebestandighed, varmeledningsevne og holdbarhed. Desuden kan SiC's krystallinske struktur modstå højere niveauer af trækspænding uden deformation eller brud.

American Elements tilbyder et imponerende udvalg af avancerede materialer til brug inden for rumfart og elektronik i USA. Det omfatter SiC-fibre fra Sylramic produceret af COI Ceramics Inc og pakket på 3 tommer papspoler; de kan væves eller tapes efter individuelle kundeønsker i flere vævemønstre; desuden fås de i flere størrelser og længder for ultimativ fleksibilitet.