Markedet for silisiumkarbidfiber

Ut fra produktformen kan markedet for silisiumkarbidfiber deles inn i produkter av kontinuerlig silisiumkarbidfiber og vevd silisiumkarbidfiber. Økt industriell produksjon innen luftfarts- og forsvarssektoren samt kraftindustrien, der kontinuerlig silisiumkarbidfiber brukes til å bygge atomreaktorer, er de viktigste drivkreftene.

Tåler høye temperaturer

Silisiumkarbidfiberens høye temperaturbestandighet gjør den til et utmerket forsterkningsmateriale for metaller og plast, og gir kompositter med både høy strekkfasthet og elastisitetsmodul. Videre er elektroder av silisiumkarbidfiber mye brukt i ovner og induksjonskokere som en industriell varmekilde; i tillegg kan den doteres med nitrogen, fosfor, aluminium eller gallium for å produsere n-type og p-type halvledere.

Silisiumkarbid tåler høye temperaturer godt og er samtidig kjemisk og dimensjonsstabilt, noe som gjør det til et utmerket materialvalg for underlag til waferbrett og skovler i halvlederovner, i tillegg til at det brukes som ovnsforinger, sliteplater og foringsrør i elektronikkfabrikker.

Byggingen av kjernekraftanlegg både i utviklede land og utviklingsland går raskt fremover, noe som kan føre til økt etterspørsel etter energi- og kraftkomponenter som inneholder isolasjonsmaterialer av silisiumkarbidfiber – for eksempel kraftreaktorer, der disse materialene brukes i stor utstrekning som isolasjon.

Metoder for fremstilling av silisiumkarbidfibre som tåler høye temperaturer består av tre trinn: fremstilling av forløperfibre ved hjelp av smeltespinning av polykarbosilan, nedsenking av disse forløperfibrene i reaksjonsmonomerer for gjennomvåtning og herding for å oppnå et ideelt forhold mellom tykkelsen på tverrbindingslaget og fiberdiameteren på 0,1–0,99, og til slutt spalting under inert gass for å oppnå SiC-fibre som har utmerket temperaturbestandighet samt reduserte produksjonskostnader og egnede bøyeegenskaper. Sluttproduktene har utmerket høytemperaturbestandighet, lave produksjonskostnader og gode bøyeegenskaper for sine anvendelsesområder.

Armeringsmateriale

Silisiumkarbidfiber brukes som forsterkningsmateriale i kompositter med keramisk matrise (CMC). Dens egenskaper gjør den egnet for bruk i mange anvendelser innen energibransjen, for eksempel i kullkraftverk og kjernekraftreaktorer, samt i varmebestandige gardiner og belter. Silisiumkarbidfiberens motstandsdyktighet mot høye temperaturer og holdbarhet gjør den til et utmerket valg som bestanddel i CMC-forsterkningsmaterialer, for eksempel varmebestandige gardiner eller belter.

Siden 2008 har det skjedd betydelige fremskritt innen produksjonsteknikker for silisiumkarbidfibre, noe som har ført til fremstilling av nesten støkiometriske fibre med liten diameter og egenskaper som egner seg for de fleste keramiske matrikskompositter (CMC) og anvendelser innen kjernefysikk. Dessverre begrenser produksjonskostnadene fortsatt bruken av disse.

Etterspørselen etter silisiumkarbidfiber i Nord-Amerika øker raskt i takt med at luftfarts- og forsvarsindustrien vokser, drevet av sterk etterspørsel etter kommersielle fly samt økende forsvarsutgifter i regionen. De økte utgiftene forventes å føre til økt bruk av hybridkompositter med aluminiumsmetallmatrise, forsterket med silisiumkarbidfiber.

Det globale markedet for silisiumkarbidfibre kan deles inn etter form og anvendelse. Kontinuerlige silisiumkarbidfibre hadde den største markedsandelen i 2023 og forventes å oppleve en sammensatt årlig vekstrate på 35,9% i perioden 2024–2030. Disse brukervennlige fibrene kan enkelt integreres i komponenter med komplekse former, mens deres strålingsbestandighet vekker interesse i kjernekraftindustrien.

Kompositter med metallmatrise

Silisiumkarbidfiber kan bidra til å redusere vekten og kostnadene ved flymotorer ved å redusere bruken av bærende materialer. Produksjonen av denne fiberen byr imidlertid på en rekke utfordringer, blant annet at materialet må tåle høye temperaturer uten å sprekke, samt at det må ha gode egenskaper når det gjelder korrosjonsbestandighet og utmattingsmotstand.

En mulighet for å forbedre komposittmaterialer ville være å utvikle nye metaller som gir bedre samsvar mellom forsterkningsmaterialer og forsterkningsmetaller, noe som vil føre til sterkere og mer holdbare komposittmaterialer. En annen tilnærming kan innebære bruk av keramiske matriser som gjør komposittmaterialene lettere, samtidig som fibrene fortsatt kan formes til ulike former.

Bor-fiberforsterkede kompositter med aluminiumsmatrise, produsert for komponenter til jetmotorer, har den fordelen at de er dobbelt så sterke og mer varmebestandige enn nikkelbaserte legeringer, men koster omtrent $100 mindre per pund å produsere – noe som utgjør en betydelig forbedring sammenlignet med konvensjonelle nikkellegeringer, som for tiden er standard i de fleste flykomponenter.

For å fremstille borforsterkede metallmatrikskompositter må silisiumkarbidfibrene først belegges med metall for å forbedre deres fuktbarhet med matriksmetallet, og deretter stables og oppvarmes under trykk før de fylles inn mellom hvert lag ved hjelp av matriksmetallpulver blandet med et organisk bindemiddel.

Bruksområder

Silisiumkarbidfiber er en type ildfast materiale som brukes i en rekke anvendelser, blant annet som varmebestandige materialer for jetmotorer og kompositter med keramisk matrise, forsterkningsmateriale for høytemperaturbelter og filterduker, filtrering av gasser eller metaller ved høye temperaturer gjennom filterduksfiltre og som en nøkkelkomponent i silisiumkarbidforsterkede kompositter med metallmatrise – anvendelser som forventes å bidra betydelig til omsetningsveksten i markedet.

Innen 2024 vil vevd silisiumkarbidfiber trolig dominere det globale markedet på grunn av sine overlegne mekaniske egenskaper og fleksibiliteten i produksjonen. Vevd silisiumkarbidfiber kan enkelt veves til ulike strukturer, som slanger, rør eller poser, og har utmerket slitestyrke, noe som gjør den til et førstevalg for bildeler.

Silisiumkarbidfiber overgår tradisjonelle nikkelbaserte superlegeringer ved å være dobbelt så sterk og 20% lettere, med forbedret kjemisk stabilitet, kjemisk holdbarhet, varmebestandighet, varmeledningsevne og holdbarhet. Videre tåler SiCs krystallstruktur høyere nivåer av strekkbelastning uten å deformeres eller bryte.

American Elements tilbyr et imponerende utvalg av avanserte materialer til bruk innen luftfart og elektronikk i USA. Blant disse finnes SiC-fibre fra Sylramic, produsert av COI Ceramics Inc. og pakket på 3-tommers pappspoler; disse kan veves eller tapes i henhold til individuelle kundeønsker i flere vevemønstre; i tillegg leveres de i flere størrelser og lengder for maksimal fleksibilitet.