A szilícium-karbid szálak piaca

Formája alapján a szilíciumkarbid szálak piaca folyamatos és szövött szilíciumkarbid szálas termékekre osztható. A megnövekedett ipari termelés a repülőgépipar és a védelmi ágazat, valamint a folyamatos szilíciumkarbidszálakat az atomreaktorok létrehozásához használó energiaipar fő hajtóereje.

Magas hőmérsékletnek ellenálló

A szilíciumkarbid szálak magas hőmérsékleti ellenállása miatt kiváló erősítőanyagként szolgálnak fémekhez és műanyagokhoz, és nagy szakítószilárdságú és rugalmassági modulusú kompozitokat eredményeznek. Ezenkívül a szilíciumkarbid szálelektródákat széles körben használják kemencékben és indukciós tűzhelyeken ipari fűtőforrásként; emellett nitrogén, foszfor, alumínium vagy gallium adalékanyagokkal adalékolható n-típusú és p-típusú félvezetők előállításához.

A szilíciumkarbid jól bírja a magas hőmérsékletet, miközben kémiailag stabil és méretstabil, ami kiváló anyagválasztássá teszi a félvezető kemencékben lévő ostyatartók és lapátok számára, valamint kemencebélésként, kopólemezként és béléscsőként használják az elektronikai gyártóüzemekben.

A nukleáris létesítmények építése mind a fejlett, mind a fejlődő országokban gyorsan halad, ami növelheti a szilíciumkarbid szálas szigetelőanyagokat tartalmazó energia- és energiaipari alkatrészek iránti keresletet, például az ezeket szigetelőanyagként széles körben használó erőművi reaktorokban.

A magas hőmérsékletnek ellenálló szilíciumkarbid szálak előállításának módszerei három lépésből állnak: prekurzor szálak előállítása polikarboszilán olvadékfonással, e prekurzor szálak reakciómonomerekbe való áztatása és kikeményítése a térhálósító réteg vastagsága és a szálak átmérője közötti ideális, 0,1-0,99 %-os arány elérése érdekében, végül inert gáz alatt történő krakkolás, hogy olyan SiC szálakat kapjunk, amelyek kiváló hőmérséklet-ellenállást, valamint csökkentett gyártási költségeket és megfelelő hajlítási tulajdonságokat biztosítanak. A végtermékek kiváló magas hőmérsékleti ellenállással, alacsony gyártási költségekkel és az alkalmazásukhoz megfelelő hajlítási tulajdonságokkal rendelkeznek.

Megerősítő anyag

A szilícium-karbid szálakat kerámia mátrixú kompozitokban (CMC) erősítőanyagként használják. Tulajdonságai alkalmassá teszik számos energiaipari alkalmazásban, például szénerőművekben és atomreaktorokban, valamint hőálló függönyökben és övekben való felhasználásra. A szilícium-karbidszálak magas hőmérsékletekkel szembeni ellenállóképessége és tartóssága miatt kiváló választás a CMC erősítőanyagok, például hőálló függönyök vagy övek összetevőjeként.

2008 óta jelentős előrelépések történtek a szilíciumkarbid szálgyártási technikák terén, ami közel sztöchiometrikus, kis átmérőjű szálak előállításához vezetett, amelyek tulajdonságai a legtöbb kerámia mátrixú kompozit (CMC) és nukleáris alkalmazáshoz megfelelőek. Sajnos a gyártási költségek még mindig korlátozzák a felhasználásukat.

A szilíciumkarbid szálak iránti kereslet Észak-Amerikában gyorsan növekszik a repülőgépipar és a hadiipar bővülésével, amit az erős kereskedelmi repülőgépek iránti kereslet, valamint a régió növekvő védelmi kiadásai ösztönöznek. A megnövekedett kiadásoknak a szilíciumkarbid szálerősítéssel erősített hibrid alumínium-fém mátrixú kompozitok növekedését kell táplálniuk.

A szilíciumkarbid szálak globális piaca forma és alkalmazás szerint osztható fel. A folytonos szilíciumkarbid szálak tartják a legnagyobb piaci részesedést 2023-ban, és az előrejelzések szerint 2024-2030 között várhatóan 35,9% éves összetett éves növekedési ütemű összetett éves növekedést fognak tapasztalni. Ezek a könnyen megmunkálható szálak könnyen beépíthetők összetett alakú alkatrészekbe, míg sugárzásálló jellegük az atomenergia-termelő iparágak figyelmét is felkeltik.

Fém mátrixú kompozitok

A szilíciumkarbid szálak a repülőgép-hajtóművek súlyának és költségeinek csökkentésével segíthetnek a felhasznált súlyt hordozó anyagok csökkentésében. Előállítása azonban számos kihívást jelent; például azt, hogy képes legyen elviselni a magas hőmérsékletet repedés nélkül; valamint azt, hogy anyagai korrózió- és fáradásállósági tulajdonságokkal rendelkezzenek.

A kompozitok javításának egyik lehetősége olyan új fémek létrehozása lenne, amelyek jobban illeszkednek az erősítőanyagok és az erősítőfémek között, ami erősebb és tartósabb kompozitokat eredményezne. Egy másik megközelítés olyan kerámiamátrixok alkalmazása lehet, amelyek könnyebbé teszik a kompozitokat, ugyanakkor lehetővé teszik a szálak különböző formákba való alakítását.

A sugárhajtóművek alkatrészeihez gyártott, bórszállal erősített alumínium mátrixú kompozitok előnye, hogy kétszer erősebbek és hőállóbbak, mint a nikkelalapú ötvözetek, de előállításuk kilónként körülbelül $100-zal kevesebbe kerül - ami jelentős javulást jelent a hagyományos nikkelötvözetekhez képest, amelyek jelenleg a legtöbb repülőgép-alkatrésznél szabványosak.

A bórral erősített fémmátrixú kompozitok létrehozásához a szilíciumkarbid szálakat először fémmel kell bevonni, hogy javítsák a mátrixfémmel való nedvesíthetőségüket, majd halmozni kell őket, és nyomás alatt kell melegíteni, mielőtt az egyes halmok közé töltik őket szerves kötőanyaggal kevert mátrixfémporral.

Alkalmazások

A szilícium-karbid szál a tűzálló anyagok egyik formája, amelyet számos alkalmazásban használnak, többek között a sugárhajtóművek és kerámia mátrixú kompozitok hőálló anyagai, a magas hőmérsékletű övek és szűrőszövetek erősítőanyaga, a magas hőmérsékletű gázok vagy fémek szűrése szűrőszöveten keresztül, valamint a szilícium-karbiddal erősített fémmátrixú kompozitok kulcsfontosságú összetevője - ezek az alkalmazások jelentősen hozzájárulnak a piac bevételének növekedéséhez.

2024-re a szőtt szilíciumkarbid szálak valószínűleg uralni fogják a globális piacot kiváló mechanikai tulajdonságai és gyártási rugalmassága miatt. A szőtt szilícium-karbid szálak könnyen beleszövődhetnek különböző szerkezetekbe, például tömlőkbe, csövekbe vagy zsákokba, és kiváló kopásállósággal rendelkeznek, ami a legjobb választássá teszi az autóipari alkatrészekhez.

A szilícium-karbid szálak kétszer erősebb és 20% könnyebb, jobb kémiai stabilitással, kémiai tartóssággal, hőállósággal, hővezetéssel és tartóssággal felülmúlják a hagyományos nikkelalapú szuperötvözeteket. Továbbá, a SiC kristályos szerkezete deformáció vagy törés nélkül képes ellenállni a magasabb szintű húzófeszültségnek.

Az American Elements a fejlett anyagok lenyűgöző választékát kínálja az Egyesült Államokban a repülőgépipar és az elektronika számára. Ezek közé tartozik a COI Ceramics Inc. által gyártott és 3 hüvelykes kartontekercsekre csomagolt Sylramic SiC szálak; az egyedi vevői igényeknek megfelelően többféle szövésmintázatban szőhető vagy szalagozható; emellett többféle méretben és hosszúságban kapható a végső rugalmasság érdekében.