Silicio karbido pluošto privalumai

Silicio karbido pluoštas yra aukštos kokybės keraminė medžiaga, turinti daug privalumų, tarp kurių – atsparumas oksidacijai aukštoje temperatūroje, kietumas, stiprumas ir mažas tankis. Be to, ji pasižymi puikiomis atsparumo korozijai ir terminio stabilumo savybėmis.

COVID-19 turėjo neigiamą poveikį daugelio pramonės šakų paklausai ir tiekimo grandinėms, dėl ko sulėtėjo aviacijos, kosmoso ir gynybos pramonės gamintojų gamyba.

Atsparumas aukštai temperatūrai

Silicio karbido pluoštai išsiskiria kaip puikus pasirinkimas metalų ir keramikos matricos kompozitams dėl savo ypatingo atsparumo itin aukštoms temperatūroms – išskirtinio atsparumo lūžimui ir oksidacijai, leidžiančio jiems išlikti nepaliestiems esant temperatūrai, viršijančiai 1000 F (540 °F). Jų stabilumas grindžiamas mažu deguonies kiekiu, kuris užtikrina ilgalaikį stabilumą aukštoje temperatūroje.

Ši medžiaga yra lengva, tačiau labai veiksminga alternatyva nikelio pagrindu pagamintiems superlegeriams: ji pasižymi panašiu stiprumu, atsparumu karščiui ir cheminiu inertiškumu, tačiau yra lengvesnė ir patvaresnė. Be to, dėl savo cheminio inertiškumo ji atspari korozijai ir cheminiam poveikiui.

Sukurtas novatoriškas aukštai temperatūrai atsparių silicio karbido pluoštų gamybos procesas. Naudojant mažos molekulinės masės silaną (LPS) kaip žaliavą ir reaguojant jį su organiniu junginiu, kuriame yra tankinančių elementų, gaunami AL ir Y turintys polikarbosilanai (PACS ir PYCS), iš kurių ištisiniai pluoštai vėliau verpiami naudojant lydymo verpimo technologiją, o po to sukepinami, kad susidarytų aukštai temperatūrai atsparūs SiC pluoštai.

Ypač tvirtas

Silicio karbido pluoštas yra tvirta medžiaga, atspari ekstremalioms temperatūroms. Dėl savo stechiometrinės sudėties ir polikristalinės mikrostruktūros ši medžiaga pasižymi dideliu tempiamuoju stiprumu, o jos kietumas ir atsparumas cheminiam poveikiui leidžia ją naudoti metalo grūdinimo procesuose bei alyvos aušinimo operacijose, atliekant metalo grūdinimą. Be to, silicio karbidas gali atlaikyti aukšto slėgio sąlygas, todėl tai yra puikus pasirinkimas alyvos siurblių sandarikliams bei kitiems mechaniniams gaminiams, veikiantiems tokiomis aplinkybėmis.

Tikimasi, kad auganti aviacijos ir karinės pramonės gamyba, padidėjęs NASA finansavimas bei kiti veiksniai lems silicio karbido pluošto paklausos augimą Šiaurės Amerikoje; šis pluoštas naudojamas sportinių automobilių keraminiuose stabdžių diskuose bei neperšaunamose liemenėse.

NASA Glenno tyrimų centras sukūrė mikrobangų technologiją, skirtą stipresnių SiC pluoštų gamybai, kuri padeda gamintojams sumažinti energijos sąnaudas, apdorojimo temperatūrą ir trukmę, taip pat atkurti pažeistus ar prastos kokybės SiC pluoštus, siekiant pagerinti jų eksploatacines savybes. Be to, šis novatoriškas procesas leidžia sutaupyti darbo sąnaudų ir padidinti naudingąjį SiC išeigą.

Stabilumas aukštoje temperatūroje

Silicio karbido pluoštai žinomi kaip ypač tvirtos ir patvarios medžiagos, pasižyminčios puikiu šilumos laidumu ir atsparumu šiluminiam plėtimuisi, atsparios korozijai, turinčios didelį modulinį stiprumą bei pasižyminčios mažais šiluminio plėtimosi koeficientais ir stiprumo savybėmis – šios savybės leidžia juos naudoti metalų grūdinimo procesuose, kuriuose taikomas aušinimas alyva, taip pat atspariose dilimui medžiagose ar keramikos matricos kompozituose.

Silicio karbido pluošto rinkos augimas Nepertraukiamojo silicio karbido pluošto rinka sparčiai plečiasi dėl aviacijos, kosmoso ir gynybos pramonės paklausos lengviesiems komponentams. Dėl puikaus atsparumo oksidacijai ir cheminio grynumo ištisiniai silicio karbido pluoštai naudojami daugelyje sričių; tuo tarpu austi silicio karbido pluoštai gali būti tinkami netgi aukštos temperatūros taikymams, pavyzdžiui, branduoliniuose reaktoriuose ar metalurginėse krosnyse.

Naudojant SEM buvo tirta mūsų laboratorijoje pagamintų SiC-9 ir SiC-14 pluoštų paviršiaus morfologija. Deguonies kiekis šiuose mėginiuose sudarė tik 0,07 masės procento – tai žymiai mažiau nei jų stechiometrinis SiC santykis. Terminis stabilumas buvo puikus – net ir po ilgalaikių terminio apdorojimo procesų nebuvo pastebėta jokių pokyčių.

Atsparumas korozijai

Silicio karbido pluoštai yra pažangi keraminė medžiaga, pasižyminti puikiomis terminėmis, cheminėmis ir mechaninėmis savybėmis. Dėl savo atsparumo aukštoms temperatūroms jie tinka naudoti ten, kur kitos medžiagos greitai susidėvėtų ar sugestų; o jų atsparumas šliaužimui, oksidacijai ir nuovargiui leidžia juos sėkmingai taikyti aeronautikos bei karinės įrangos srityse.

SiC pluoštų atsparumas korozijai kyla iš jų mažo porų tankio ir didelio savitojo paviršiaus ploto, pasiekto taikant infiltracijos-pirolizės procesą. Polikarbosilanas iš pirmtakų molekulių patenka į poras ir sudaro antrinį silicio karbidą, kuris sumažina porų dydį; šiuo etapu pagaminti neapdoroti bandiniai vėliau yra apdorojami keliais infiltracijos-pirolizės ciklais, kurie padidina jų tankį ir sumažina poringumą.

COVID-19 pandemija sukėlė sumaištį daugelio pramonės šakų pasiūlos ir paklausos grandinėse. Daugybė gamyklų sustabdė veiklą, o oro linijos ir gynybos pramonė susiduria su veiklos sunkumais dėl kelionių ir krovinių gabenimo apribojimų.