Πλεονεκτήματα των ινών καρβιδίου πυριτίου

Οι ίνες καρβιδίου του πυριτίου είναι ένα κεραμικό υλικό υψηλής απόδοσης με πολλά πλεονεκτήματα, όπως αντοχή σε οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες, σκληρότητα, αντοχή και χαμηλή πυκνότητα. Επιπλέον, διαθέτει εξαιρετικές ιδιότητες αντίστασης στη διάβρωση και θερμικής σταθερότητας.

Το COVID-19 είχε αρνητικό αντίκτυπο στη ζήτηση και τις αλυσίδες εφοδιασμού πολλών βιομηχανιών, οδηγώντας σε επιβράδυνση της παραγωγής μεταξύ των κατασκευαστών αεροδιαστημικής και αμυντικής βιομηχανίας.

Αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες

Οι ίνες καρβιδίου του πυριτίου ξεχωρίζουν ως εξαιρετική επιλογή για σύνθετα υλικά μεταλλικής και κεραμικής μήτρας λόγω της ακραίας αντοχής τους σε υψηλές θερμοκρασίες, χάρη στην εξαιρετική αντοχή τους σε θραύση και την αντοχή τους στην οξείδωση που τους επιτρέπει να παραμένουν ανέπαφες σε θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 1000 F (540degF). Η σταθερότητά τους έγκειται στη χαμηλή περιεκτικότητά τους σε οξυγόνο που εξασφαλίζει σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες με την πάροδο του χρόνου.

Αυτό το υλικό παρέχει μια ελαφριά αλλά υψηλής απόδοσης εναλλακτική λύση στα υπερκράματα με βάση το νικέλιο, προσφέροντας παρόμοια αντοχή, αντοχή στη θερμότητα και χημική αδράνεια, ενώ είναι ελαφρύτερο και πιο ανθεκτικό. Επιπλέον, η χημικά αδρανής φύση του σημαίνει ότι αντιστέκεται στη διάβρωση καθώς και στις χημικές βλάβες.

Δημιουργήθηκε μια καινοτόμος διαδικασία κατασκευής για την παραγωγή ινών καρβιδίου του πυριτίου ανθεκτικών σε υψηλές θερμοκρασίες. Χρησιμοποιώντας ως πρώτη ύλη χαμηλού μοριακού σιλάνιο (LPS) και αντιδρώντας το με μια οργανική ένωση που περιέχει στοιχεία συμπύκνωσης για την παραγωγή πολυκαρβοσιλανίου που περιέχει AL και Y (PACS και PYCS), συνεχείς ίνες του οποίου στη συνέχεια περιστρέφονται με την τεχνολογία κλώσης τήγματος πριν από την πυροσυσσωμάτωση για τη δημιουργία ινών SiC ανθεκτικών σε υψηλές θερμοκρασίες.

Υψηλής αντοχής

Οι ίνες καρβιδίου του πυριτίου είναι ένα ισχυρό υλικό ικανό να αντέχει σε ακραίες θερμοκρασίες. Χάρη στη στοιχειομετρική του σύνθεση και την πολυκρυσταλλική μικροδομή του, η σύνθεσή του προσδίδει υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό, ενώ η σκληρότητα και η χημική του αντοχή το καθιστούν κατάλληλο για διεργασίες σκλήρυνσης μετάλλων καθώς και για εφαρμογές απόσβεσης με λάδι σε εργασίες απόσβεσης μετάλλων. Επιπλέον, το καρβίδιο του πυριτίου μπορεί να αντέξει σε περιβάλλοντα υψηλής πίεσης - γεγονός που το καθιστά εξαιρετική επιλογή για στεγανοποιήσεις αντλιών πετρελαίου καθώς και για άλλα μηχανικά προϊόντα που λειτουργούν υπό αυτές τις συνθήκες.

Η αυξανόμενη αεροδιαστημική και στρατιωτική παραγωγή, η αυξημένη χρηματοδότηση της NASA και άλλοι παράγοντες αναμένεται να οδηγήσουν σε αύξηση της βορειοαμερικανικής ζήτησης για ίνες καρβιδίου του πυριτίου, που χρησιμοποιούνται σε κεραμικούς δίσκους φρένων για σπορ αυτοκίνητα καθώς και σε αλεξίσφαιρα γιλέκα.

Το Ερευνητικό Κέντρο Glenn της NASA ανέπτυξε μια διαδικασία μικροκυμάτων για την παραγωγή ισχυρότερων σε αντοχή κορδονιών SiC, βοηθώντας τους κατασκευαστές να μειώσουν τις απαιτήσεις ισχύος, τις θερμοκρασίες επεξεργασίας και τους χρόνους επεξεργασίας, καθώς και να θεραπεύσουν κατεστραμμένα ή χαμηλής ποιότητας κορδόνια SiC για βελτιωμένη απόδοση. Επιπλέον, αυτή η καινοτόμος διαδικασία εξοικονομεί εργατικό κόστος, ενώ αυξάνει τις αποδόσεις χρήσιμου SiC.

Σταθερότητα σε υψηλές θερμοκρασίες

Οι ίνες καρβιδίου του πυριτίου είναι γνωστό ότι είναι εξαιρετικά σκληρά και ανθεκτικά υλικά με εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και αντίσταση στη θερμική διαστολή, είναι ανθεκτικά στη διάβρωση, έχουν υψηλό μέτρο αντοχής και έχουν χαμηλούς ρυθμούς θερμικής διαστολής και ιδιότητες αντοχής - ιδιότητες που τις καθιστούν κατάλληλες για διαδικασίες απόσβεσης με λάδι στη σκλήρυνση μετάλλων, καθώς και για χρήση σε υλικά ανθεκτικά στην τριβή ή σε σύνθετα υλικά κεραμικής μήτρας.

Ανάπτυξη της αγοράς ινών καρβιδίου πυριτίου Η συνεχής αγορά ινών καρβιδίου πυριτίου επεκτείνεται γρήγορα λόγω της ζήτησης της αεροδιαστημικής και αμυντικής βιομηχανίας για ελαφριά εξαρτήματα. Λόγω της ανώτερης αντοχής της στην οξείδωση και της χημικής καθαρότητας, οι συνεχείς ίνες καρβιδίου του πυριτίου μπορούν να βρεθούν σε πολυάριθμες εφαρμογές, ενώ οι υφαντές ίνες καρβιδίου του πυριτίου μπορεί να είναι κατάλληλες ακόμη και για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας, όπως πυρηνικοί αντιδραστήρες ή μεταλλουργικοί κλίβανοι.

Το SEM χρησιμοποιήθηκε για την εξέταση της μορφολογίας της επιφάνειας των ινών SiC-9 και SiC-14 που έχουν παραχθεί στο εργαστήριό μας. Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο σε αυτά τα δείγματα ήταν μόνο 0,07 τοις εκατό κατά βάρος - σημαντικά κάτω από τη στοιχειομετρική αναλογία τους σε SiC. Η θερμική σταθερότητα ήταν εξαιρετική χωρίς ανιχνεύσιμες αλλαγές ακόμη και κατά τη διάρκεια εκτεταμένων θερμικών επεξεργασιών.

Αντοχή στη διάβρωση

Οι ίνες καρβιδίου του πυριτίου είναι ένα προηγμένο κεραμικό υλικό με ανώτερες θερμικές, χημικές και μηχανικές ιδιότητες. Η ικανότητά τους να αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες τις καθιστά κατάλληλες για εφαρμογές όπου άλλα υλικά θα υποβαθμίζονταν ή θα αστοχούσαν γρήγορα, ενώ η αντοχή τους σε ερπυσμό, η αντοχή τους σε οξείδωση, η αντοχή τους σε κόπωση και η αντοχή τους σε ερπυσμό τις καθιστούν κατάλληλα υλικά για εφαρμογές αεροδιαστημικού και στρατιωτικού εξοπλισμού.

Η αντοχή των ινών SiC στη διάβρωση οφείλεται στη χαμηλή πυκνότητα πόρων και την υψηλή ειδική επιφάνεια, που επιτυγχάνεται μέσω μιας διαδικασίας διήθησης-πυρόλυσης. Το πολυκαρβοσιλάνιο από τα πρόδρομα μόρια εισέρχεται στους πόρους για να σχηματίσει δευτερογενές καρβίδιο του πυριτίου, το οποίο στη συνέχεια μειώνει το μέγεθος των πόρων- τα πράσινα δείγματα που κατασκευάζονται μέσω αυτού του βήματος υποβάλλονται στη συνέχεια σε πολλαπλούς κύκλους διήθησης-πυρόλυσης, οι οποίοι αυξάνουν την πυκνότητά τους μειώνοντας παράλληλα το πορώδες.

Η πανδημία COVID-19 προκάλεσε καταστροφή στις αλυσίδες προσφοράς και ζήτησης πολλών βιομηχανιών. Πολλά εργοστάσια έχουν κλείσει, ενώ οι αεροπορικές εταιρείες και οι αμυντικές βιομηχανίες αντιμετωπίζουν δυσκολίες στη λειτουργία τους λόγω των περιορισμών στα ταξίδια και τα φορτία.