Silīcija karbīda šķiedras priekšrocības

Silīcija karbīda šķiedra ir augstas veiktspējas keramikas materiāls ar daudzām priekšrocībām, tostarp izturību pret oksidēšanos augstā temperatūrā, cietību, izturību un zemu blīvumu. Turklāt tai piemīt izcila izturība pret koroziju un termiskā stabilitāte.

COVID-19 ir negatīvi ietekmējis pieprasījumu un piegādes ķēdes daudzās nozarēs, izraisot ražošanas apjoma samazināšanos kosmosa un aizsardzības nozares ražotāju vidū.

Izturība pret augstām temperatūrām

Silīcija karbīda šķiedras izceļas kā izcila izvēle metāla un keramikas matricas kompozītiem, pateicoties to ārkārtējai izturībai pret augstām temperatūrām, ko nodrošina to izcilā lūzuma izturība un izturība pret oksidāciju, kas ļauj tām saglabāt savu integritāti temperatūrās, kas pārsniedz 1000 F (540 °F). To stabilitāte balstās uz zemo skābekļa saturu, kas nodrošina stabilitāti augstās temperatūrās ilgtermiņā.

Šis materiāls ir viegla, taču augstas veiktspējas alternatīva niķeļa bāzes supersakausējumiem, nodrošinot līdzīgu izturību, siltumizturību un ķīmisko inerciju, vienlaikus būdams vieglāks un izturīgāks. Turklāt tā ķīmiskā inercija nozīmē, ka tas ir izturīgs pret koroziju, kā arī ķīmisko iedarbību.

Ir izstrādāts inovatīvs ražošanas process, kas ļauj izgatavot augsttemperatūrai izturīgas silīcija karbīda šķiedras. Kā izejmateriālu izmanto zemas molekulmasas silānu (LPS) un to reaģē ar organisko savienojumu, kas satur blīvinošus elementus, lai iegūtu AL un Y saturošu polikarbosilānu (PACS un PYCS), no kura pēc tam, izmantojot kausēšanas vērpšanas tehnoloģiju, tiek vērptas nepārtrauktas šķiedras, kuras pēc tam tiek saķepinātas, veidojot augsttemperatūrai izturīgas SiC šķiedras.

Augstas izturības

Silīcija karbīda šķiedra ir izturīgs materiāls, kas spēj izturēt ekstremālas temperatūras. Pateicoties tās stehiometriskajam sastāvam un polikristāliskajai mikrostruktūrai, šis materiāls nodrošina augstu stiepes izturību, savukārt tā cietība un ķīmiskā izturība padara to piemērotu metāla rūdīšanas procesiem, kā arī eļļas dzesēšanai metāla rūdīšanas darbībās. Turklāt silīcija karbīds spēj izturēt augsta spiediena vidi, tādējādi padarot to par lielisku risinājumu eļļas sūkņu blīvēm, kā arī citiem mehāniskajiem izstrādājumiem, kas darbojas šādos apstākļos.

Paredzams, ka kosmosa un militārās ražošanas apjoma pieaugums, NASA finansējuma palielinājums un citi faktori izraisīs pieprasījuma pieaugumu Ziemeļamerikā pēc silīcija karbīda šķiedras, ko izmanto gan sporta automašīnu keramiskajos bremžu diskos, gan bruņu vestēs.

NASA Glena pētniecības centrs ir izstrādājis mikroviļņu procesu, kas ļauj ražot izturīgākus SiC pavedienus, palīdzot ražotājiem samazināt enerģijas patēriņu, apstrādes temperatūru un apstrādes laiku, kā arī atjaunot bojātus vai zemas kvalitātes SiC pavedienus, lai uzlabotu to veiktspēju. Turklāt šis inovatīvais process ļauj ietaupīt darbaspēka izmaksas, vienlaikus palielinot izmantojamo SiC iznākumu.

Stabilitāte augstā temperatūrā

Silīcija karbīda šķiedras ir pazīstamas kā ārkārtīgi izturīgi un ilgmūžīgi materiāli ar izcilu siltumvadītspēju un izturību pret termisko izplešanos, kā arī ar izturību pret koroziju, augstu moduļa stingrību un zemiem termiskās izplešanās koeficientiem un izturības rādītājiem — šīs īpašības padara tās piemērotas eļļas dzesēšanas procesiem metāla rūdīšanā, kā arī izmantošanai nodilumizturīgos materiālos vai keramikas matricas kompozītos.

Silīcija karbīda šķiedru tirgus izaugsme Nepārtrauktas ražošanas silīcija karbīda šķiedru tirgus strauji paplašinās, pateicoties kosmosa un aizsardzības nozares pieprasījumam pēc vieglām detaļām. Pateicoties izcilajai izturībai pret oksidāciju un ķīmiskajai tīrībai, nepārtrauktas silīcija karbīda šķiedras tiek izmantotas daudzos pielietojumos; savukārt austās silīcija karbīda šķiedras var būt piemērotas pat augstas temperatūras lietojumiem, piemēram, kodolreaktoros vai metalurģiskajās krāsnīs.

Lai izpētītu mūsu laboratorijā ražoto SiC-9 un SiC-14 šķiedru virsmas morfoloģiju, tika izmantota SEM. Skābekļa saturs šajos paraugos bija tikai 0,07 masas procenti – ievērojami zemāks par to SiC stehiometrisko attiecību. Termiskā stabilitāte bija izcila, un pat ilgstošas termiskās apstrādes laikā netika novērotas nekādas izmaiņas.

Izturība pret koroziju

Silīcija karbīda šķiedras ir moderns keramikas materiāls ar izcilām termiskām, ķīmiskām un mehāniskām īpašībām. To spēja izturēt augstas temperatūras padara tās piemērotas lietojumiem, kuros citi materiāli ātri sabojātos vai zaudētu savas īpašības; savukārt to izturība pret lēnās deformācijas, oksidācijas un noguruma ietekmi padara tās par piemērotiem materiāliem izmantošanai kosmosa un militārajā aprīkojumā.

SiC šķiedru izturība pret koroziju izriet no to zemā poru blīvuma un lielās īpatnējās virsmas, kas panākta, izmantojot infiltrācijas-pirolīzes procesu. No prekursoru molekulām izdalītais polikarbosilāns iekļūst porās, veidojot sekundāro silīcija karbīdu, kas savukārt samazina poru izmēru; šajā posmā izgatavotie neapstrādātie paraugi tiek pakļauti vairākiem infiltrācijas-pirolīzes cikliem, kas palielina to blīvumu, vienlaikus samazinot porainību.

COVID-19 pandēmija ir izraisījusi haosu daudzu nozaru piegādes un pieprasījuma ķēdēs. Daudzas rūpnīcas ir slēgtas, savukārt aviokompānijas un aizsardzības rūpniecība saskaras ar grūtībām savā darbībā ceļošanas un kravu pārvadājumu ierobežojumu dēļ.