炭化ケイ素繊維市場

炭化ケイ素繊維市場は、その形態によって連続炭化ケイ素繊維製品と織物炭化ケイ素繊維製品に分けられる。航空宇宙・防衛分野や電力産業が原子炉の製造に連続炭化ケイ素繊維を使用するようになり、工業生産が増加している。

耐高温性

炭化ケイ素繊維の高温耐性は、金属やプラスチックの優れた補強材料となり、高い引張強度と弾性率の両方を持つ複合材料を製造します。さらに、炭化ケイ素繊維の電極は、工業用加熱源として炉や電磁調理器に広く使用されています。さらに、窒素、リン、アルミニウム、ガリウムなどのドーパントをドープして、n型半導体やp型半導体を製造することもできます。

炭化ケイ素は、化学的に安定で寸法が安定している一方で高温によく耐えるため、半導体炉のウェハートレイ・サポートやパドル、電子機器製造工場のキルン・ライナー、ウェア・プレート、ライナー・チューブとして使用される優れた材料の選択肢となっている。

先進国と発展途上国の両方で原子力施設の建設が急速に進んでおり、断熱材として炭化ケイ素繊維を多用する発電炉など、炭化ケイ素繊維断熱材を含むエネルギー・電力部品の需要が増加する可能性がある。

耐高温性炭化ケイ素繊維の製造方法は、ポリカルボシラン溶融紡糸により前駆体繊維を調達し、この前駆体繊維を反応モノマーに浸漬し、架橋層の厚さと繊維径の理想的な比が0.1〜0.99になるように硬化処理し、最後に不活性ガス下で解繊して、優れた耐高温性、製造コストの低減、適切な曲げ特性を有するSiC繊維を得るという3つの工程からなる。最終製品は、優れた高温耐性、低い製造コスト、用途に適した曲げ特性を有している。

補強材

炭化ケイ素繊維は、セラミックマトリックス複合材料（CMC）の強化材料として使用されている。その特性は、石炭発電所や原子炉などの多くのエネルギー産業用途、耐熱カーテンやベルトへの使用に適しています。炭化ケイ素繊維の高温に対する耐性と耐久性は、耐熱カーテンやベルトなどのCMC補強材料の成分として優れた選択肢となります。

2008年以降、炭化ケイ素繊維の製造技術が大幅に進歩し、ほとんどのセラミック基複合材料（CMC）や原子力用途に適した特性を持つ、化学量論に近い小径繊維が開発された。しかし残念ながら、製造コストは依然としてその用途を制限している。

北米の炭化ケイ素繊維需要は、航空宇宙産業と軍需産業の拡大に伴い急速に増加している。支出の増加は、炭化ケイ素繊維強化材で強化されたハイブリッド・アルミニウム金属基複合材の増加を促進するはずである。

世界の炭化ケイ素繊維市場は、形態と用途で分けることができる。連続炭化ケイ素繊維は2023年に最大の市場シェアを占め、2024年から2030年にかけて年平均複合成長率35.9%が予想される。加工が容易なこの繊維は、複雑な形状の部品に容易に組み込むことができ、耐放射線性という特性は原子力発電産業から注目されている。

金属マトリックス複合材料

炭化ケイ素繊維は、重量を支える材料を減らすことで航空機エンジンの軽量化とコスト削減に貢献する。しかし、その製造には、高温に耐えてクラックを発生させないこと、材料の耐腐食性や耐疲労特性など、独自の課題がある。

複合材料を改良するためのひとつの選択肢は、強化材料と強化金属をよりよくマッチさせ、より強く耐久性のある複合材料につながる新しい金属を作り出すことであろう。別のアプローチとしては、繊維をさまざまな形状に変形させながら複合材を軽量化するセラミック・マトリックスを使用することも考えられる。

ジェットエンジン部品用に製造されるホウ素繊維強化アルミニウム基複合材料は、ニッケル基合金よりも2倍強く、耐熱性が高いという利点を持ちながら、製造コストは1ポンド当たり約$100も低い。

ホウ素強化金属マトリックス複合材料を作るには、まず炭化ケイ素繊維を金属でコーティングしてマトリックス金属との濡れ性を高め、積層して加圧下で加熱した後、有機バインダーと混合したマトリックス金属粉末を使って各積層間に充填する必要がある。

アプリケーション

炭化ケイ素繊維は、ジェットエンジン用耐熱材料やセラミックマトリックス複合材料、高温ベルトやフィルタークロスの補強材料、フィルタークロスフィルターによる高温ガスや金属のろ過、炭化ケイ素強化金属マトリックス複合材料の主要成分など、複数の用途に使用される耐火材料の一形態であり、市場の収益成長に大きく貢献する用途である。

2024年までには、その優れた機械的特性と製造の柔軟性により、織成炭化ケイ素繊維が世界市場を支配することになるだろう。編まれた炭化ケイ素繊維は、ホース、チューブ、バッグなどのさまざまな構造に簡単に編むことができ、優れた耐摩耗性を備えているため、自動車部品の最有力候補となっている。

炭化ケイ素繊維は、化学的安定性、化学的耐久性、耐熱性、熱伝導性、耐久性が改善され、従来のニッケル基超合金よりも2倍強く、20%軽い。さらに、SiCの結晶構造は、変形や破損することなく、より高いレベルの引張応力に耐えることができます。

アメリカンエレメンツは、米国で航空宇宙およびエレクトロニクス用先端材料の素晴らしい製品群を提供している。その中には、COIセラミックス社製のSylramic製SiC繊維があり、3インチの厚紙スプールに梱包されている。