Vorteile von Siliziumkarbidfasern

Siliziumkarbidfasern sind ein keramischer Hochleistungswerkstoff mit zahlreichen Vorteilen, darunter Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, Härte, Festigkeit und geringe Dichte. Darüber hinaus verfügt es über eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und thermische Stabilität.

COVID-19 hat sich negativ auf die Nachfrage- und Lieferketten vieler Branchen ausgewirkt und bei den Herstellern von Luft-, Raumfahrt- und Verteidigungsgütern zu Produktionseinschränkungen geführt.

Hochtemperaturbeständigkeit

Siliziumkarbidfasern eignen sich hervorragend für Verbundwerkstoffe mit Metall- und Keramikmatrix, da sie dank ihrer außergewöhnlichen Bruchfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit auch bei Temperaturen von über 1000 Grad Celsius intakt bleiben. Ihre Stabilität liegt in ihrem geringen Sauerstoffgehalt, der die Hochtemperaturstabilität über lange Zeit gewährleistet.

Dieses Material ist eine leichte und dennoch leistungsstarke Alternative zu Superlegierungen auf Nickelbasis. Es bietet ähnliche Festigkeit, Hitzebeständigkeit und chemische Inertheit, ist aber leichter und haltbarer. Außerdem ist es aufgrund seiner chemischen Inertheit korrosionsbeständig und resistent gegen chemische Schäden.

Es wurde ein innovatives Herstellungsverfahren für hochtemperaturbeständige Siliziumkarbidfasern entwickelt. Unter Verwendung von niedermolekularem Silan (LPS) als Rohstoff und dessen Reaktion mit einer organischen Verbindung, die Verdichtungselemente enthält, werden AL- und Y-haltige Polycarbosilane (PACS und PYCS) hergestellt, aus denen dann Endlosfasern im Schmelzspinnverfahren gesponnen werden, bevor sie zu hochtemperaturbeständigen SiC-Fasern gesintert werden.

Hochfestes

Siliziumkarbidfasern sind ein starkes Material, das extremen Temperaturen standhalten kann. Dank seiner stöchiometrischen Zusammensetzung und seiner polykristallinen Mikrostruktur verleiht es eine hohe Zugfestigkeit, während seine Härte und chemische Beständigkeit es für Metallhärtungsprozesse sowie für Ölabschreckungsanwendungen in Metallabschreckungsprozessen geeignet machen. Darüber hinaus kann Siliciumcarbid Hochdruckumgebungen widerstehen, was es zu einer ausgezeichneten Option für Ölpumpendichtungen und andere mechanische Produkte macht, die unter diesen Bedingungen arbeiten.

Die steigende Produktion in der Luft- und Raumfahrt sowie im militärischen Bereich, die Aufstockung der NASA-Mittel und andere Faktoren werden voraussichtlich zu einem Anstieg der nordamerikanischen Nachfrage nach Siliziumkarbidfasern führen, die in keramischen Bremsscheiben für Sportwagen sowie in kugelsicheren Westen verwendet werden.

Das NASA Glenn Research Center hat ein Mikrowellenverfahren zur Herstellung von SiC-Fäden mit höherer Festigkeit entwickelt, das den Herstellern hilft, den Energiebedarf, die Verarbeitungstemperaturen und die Verarbeitungszeiten zu senken und beschädigte oder minderwertige SiC-Fäden zu heilen, um die Leistung zu verbessern. Darüber hinaus spart dieses innovative Verfahren Arbeitskosten und erhöht gleichzeitig die nutzbare SiC-Ausbeute.

Stabilität bei hohen Temperaturen

Siliziumkarbidfasern sind als extrem zähe und langlebige Werkstoffe mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnungsbeständigkeit bekannt. Sie sind korrosionsbeständig, haben einen hohen Elastizitätsmodul, eine geringe Wärmeausdehnung und eine hohe Festigkeit - Eigenschaften, die sie für Ölabschreckprozesse bei der Metallhärtung sowie für den Einsatz in abriebfesten Werkstoffen oder Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen geeignet machen.

Wachstum des Siliziumkarbidfasermarktes Der Markt für Endlosfasern aus Siliziumkarbid wächst schnell, da die Luft- und Raumfahrt- sowie die Verteidigungsindustrie leichte Komponenten benötigen. Aufgrund ihrer überlegenen Oxidationsbeständigkeit und chemischen Reinheit werden Endlosfasern aus Siliziumkarbid in zahlreichen Anwendungen eingesetzt; gewebte Siliziumkarbidfasern können sogar für Hochtemperaturanwendungen wie Kernreaktoren oder metallurgische Öfen geeignet sein.

Mit dem REM wurde die Oberflächenmorphologie der in unserem Labor hergestellten SiC-9- und SiC-14-Fasern im Ausgangszustand untersucht. Der Sauerstoffgehalt in diesen Proben betrug nur 0,07 Gewichtsprozent - deutlich unter dem stöchiometrischen Verhältnis von SiC. Die thermische Stabilität war ausgezeichnet, selbst bei längeren Wärmebehandlungen waren keine Veränderungen feststellbar.

Korrosionsbeständigkeit

Siliziumkarbidfasern sind ein fortschrittliches keramisches Material mit hervorragenden thermischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften. Aufgrund ihrer Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten, eignen sie sich für Anwendungen, bei denen andere Werkstoffe sich zersetzen oder schnell versagen würden. Ihre Kriechbeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Kriechfestigkeit machen sie zu geeigneten Werkstoffen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der militärischen Ausrüstung.

Die Korrosionsbeständigkeit der SiC-Fasern beruht auf ihrer geringen Porendichte und ihrer hohen spezifischen Oberfläche, die durch ein Infiltrations-Pyrolyseverfahren erreicht wird. Polycarbosilan aus den Vorläufermolekülen dringt in die Poren ein und bildet sekundäres Siliciumcarbid, das die Porengröße verringert. Die in diesem Schritt hergestellten grünen Proben werden dann mehreren Zyklen der Infiltrations-Pyrolyse unterzogen, wodurch sich ihre Dichte erhöht und die Porosität verringert.

Die COVID-19-Pandemie hat die Liefer- und Nachfrageketten zahlreicher Branchen durcheinander gebracht. Zahlreiche Fabriken wurden geschlossen, während Fluggesellschaften und die Rüstungsindustrie aufgrund von Reise- und Frachtbeschränkungen mit Schwierigkeiten zu kämpfen haben.