Ränikarbiidkiudude turg

Ränikarbiidkiudude turu võib selle vormi alusel jagada pideva ja kootud ränikarbiidkiudude toodeteks. Suurenenud tööstustoodang, mis tuleneb lennundus- ja kaitsesektorist ning energiatööstusest, mis kasutab pidevat ränikarbiidkiudu tuumareaktorite loomiseks, on peamised tõukejõud.

Kõrge temperatuurikindlus

Ränikarbiidkiu kõrge temperatuurikindlus teeb sellest suurepärase tugevdusmaterjali metallide ja plastide jaoks, mille abil saadakse nii suure tõmbetugevuse kui ka elastsusmooduliga komposiitmaterjale. Lisaks sellele kasutatakse ränikarbiidkiu elektroode laialdaselt ahjudes ja induktsioonpliitides tööstusliku kütteallikana; lisaks võib seda legeerida lämmastiku, fosfori, alumiiniumi või galliumiga, et toota n-tüüpi ja p-tüüpi pooljuhte.

Ränikarbiid talub hästi kõrgeid temperatuure, olles keemiliselt stabiilne ja mõõtmete poolest stabiilne, mistõttu on see suurepärane materjalivalik pooljuhtide ahjudes olevate vahvlitaldrikute kandjate ja labade jaoks, samuti kasutatakse seda põletusahjude vooderite, kulumiskilede ja vooderdustorude jaoks elektroonikaseadmete tootmisettevõtetes.

Tuumarajatiste ehitamine nii arenenud riikides kui ka arengumaades edeneb kiiresti, mis võib suurendada nõudlust ränikarbiidkiudude isolatsioonimaterjale sisaldavate energia- ja energiakomponentide järele, näiteks energiareaktorites, mis kasutavad neid laialdaselt isolatsioonimaterjalina.

Meetodid kõrge temperatuurikindlusega ränikarbiidkiudude tootmiseks koosnevad kolmest etapist: lähteaine kiudude valmistamine polükarbosilaani sulaketruse abil, nende lähteaine kiudude kastmine reaktsioonimonomeridesse leotamiseks ja kõvenemiseks, et saavutada ideaalne suhe võrkkihtide paksuse ja kiu läbimõõdu vahel (0,1-0,99), ning lõpuks pragunemine inertgaasi all, et saada SiC-kiud, mis on väga temperatuurikindel, vähendatud tootmiskuludega ja sobivate paindumisomadustega. Lõpptoodetel on suurepärane kõrge temperatuurikindlus, madalad tootmiskulud ja nende rakenduste jaoks head paindumisomadused.

Tugevdusmaterjal

Ränikarbiidkiudu kasutatakse tugevdusmaterjalina keraamilise maatriksi komposiitides (CMC). Tänu oma omadustele sobib see kasutamiseks paljudes energiatööstuse rakendustes, näiteks söeelektrijaamades ja tuumareaktorites, samuti kuumakindlates kardinates ja rihmades. Ränikarbiidkiu vastupidavus kõrgetele temperatuuridele ja vastupidavus muudavad selle suurepäraseks valikuks CMC tugevdusmaterjalide, näiteks kuumuskindlate kardinate või rihmade koostisosana.

Alates 2008. aastast on ränikarbiidkiudude valmistamisel tehtud märkimisväärseid edusamme, mis on viinud peaaegu stöhhiomeetriliste väikese läbimõõduga kiudude väljatöötamiseni, mille omadused sobivad enamiku keraamilise maatriksi komposiitide (CMC) ja tuumaenergiaalaste rakenduste jaoks. Kahjuks piiravad tootmiskulud endiselt nende kasutamist.

Nõudlus ränikarbiidkiudude järele Põhja-Ameerikas kasvab kiiresti, kuna lennundus- ja sõjatööstus laieneb, mis on tingitud tugevast nõudlusest kommertslennukite järele ja kasvavatest kaitsekulutustest piirkonnas. Suurenenud kulutused peaksid suurendama ränikarbiidkiududega tugevdatud hübriid-alumiiniumi metallmaatriksiga komposiitmaterjalide kasutamist.

Ülemaailmne ränikarbiidkiudude turg võib olla jagatud vormi ja rakenduse järgi. Pidev ränikarbiidkiud oli 2023. aastal suurim turuosa ja prognooside kohaselt kasvab see aastatel 2024-2030 eeldatavalt 35,9% aastas, mis on liitunud aastane liitunud aastane kasvutempo. Neid hõlpsasti töödeldavaid kiude saab hõlpsasti integreerida keerulise kujuga komponentidesse, samas kui nende kiirguskindel olemus äratab tähelepanu tuumaenergia tootmise tööstusharudes.

Metallmaatriksiga komposiitmaterjalid

Ränikarbiidkiud võib aidata lennukimootoritel vähendada kaalu ja kulusid, vähendades kasutatavaid kaalukandvaid materjale. Kuid selle tootmisega kaasnevad omaette probleemid, nagu näiteks võime taluda kõrgeid temperatuure ilma pragunemiseta, samuti korrosiooni- ja väsimuskindluse omadused oma materjalides.

Üks võimalus komposiitide täiustamiseks oleks uute metallide loomine, mis tagavad parema sobivuse tugevdusmaterjalide ja tugevdusmetallide vahel, mille tulemuseks on tugevamad ja vastupidavamad komposiidid. Teine lähenemisviis võib hõlmata keraamiliste matriitside kasutamist, mis muudavad komposiidid kergemaks, võimaldades samal ajal kiudude kujundamist erinevatesse vormidesse.

Reaktiivmootorite komponentide jaoks toodetud boorkiududega tugevdatud alumiiniummaatriksiga komposiitide eeliseks on see, et need on kaks korda tugevamad ja kuumakindlamad kui niklipõhised sulamid, kuid nende tootmine maksab umbes $100 naela kohta vähem - see on märkimisväärne edasiminek võrreldes tavaliste niklisulamitega, mis on praegu enamiku lennukikomponentide puhul standard.

Booriga tugevdatud metallmaatriksiga komposiitide loomiseks tuleb ränikarbiidkiud esmalt metalliga katta, et suurendada nende märguvus maatriksmetalliga, ning neid tuleb kuhjata ja kuumutada rõhu all, enne kui need täidetakse iga virna vahele, kasutades orgaanilise sideainega segatud maatriksmetalli pulbrit.

Rakendused

Ränikarbiidkiud on tulekindla materjali vorm, mida kasutatakse mitmetes rakendustes, sealhulgas kuumakindlad materjalid reaktiivmootorite ja keraamilise põhiainega komposiitide jaoks, kõrge temperatuuriga rihmade ja filtrikangaste tugevdusmaterjal, kõrge temperatuuriga gaaside või metallide filtreerimine filtrikangaste filtrite kaudu ning ränikarbiidiga tugevdatud metallmaatriksiga komposiitide põhikomponent - rakendused, mis peaksid oluliselt kaasa aitama turu tulude kasvule.

Aastaks 2024 domineerib globaalsel turul tõenäoliselt ränikarbiidkiud tänu oma parematele mehaanilistele omadustele ja tootmise paindlikkusele. Ränikarbiidkiudu saab hõlpsasti kududa erinevateks struktuurideks, näiteks voolikuteks, torudeks või kottideks, ning selle suurepärase kulumiskindluse tõttu on see parim valik autoosade jaoks.

Ränikarbiidkiud võib ületada traditsioonilisi niklipõhiseid supersulameid, olles kaks korda tugevam ja 20% kergem, parema keemilise stabiilsuse, keemilise vastupidavuse, kuumakindluse, soojusjuhtivuse ja vastupidavusega. Lisaks sellele talub SiC kristalliline struktuur suuremaid tõmbepinget ilma deformatsiooni või purunemiseta.

American Elements pakub USAs muljetavaldavat valikut kõrgtehnoloogilisi materjale, mida kasutatakse lennunduses ja elektroonikas. Nende hulka kuuluvad COI Ceramics Inc. poolt toodetud ja 3-tollistele papprullidele pakendatud SiC-kiud Sylramicist; seda saab vastavalt kliendi soovile kududa või teipida mitmetes koelmustrites; lisaks on see saadaval mitmes suuruses ja pikkuses, mis tagab ülima paindlikkuse.