De markt voor siliciumcarbidevezels

Op basis van de vorm kan de siliciumcarbidevezelmarkt worden onderverdeeld in continue en geweven siliciumcarbidevezelproducten. De toegenomen industriële productie in de luchtvaart- en defensiesector en de energie-industrie die continu siliciumcarbidevezels gebruikt voor het maken van kernreactoren zijn de belangrijkste drijfveren.

Bestand tegen hoge temperaturen

De hoge temperatuurbestendigheid van siliciumcarbidevezels maakt het een uitstekend versterkingsmateriaal voor metalen en kunststoffen, waardoor composieten ontstaan met zowel een hoge treksterkte als elasticiteitsmodulus. Bovendien worden elektroden van siliciumcarbidevezels veel gebruikt in ovens en inductiefornuizen als industriële verwarmingsbron; bovendien kan het gedoteerd worden met stikstof-, fosfor-, aluminium- of galliumdoteringsmiddelen om n- en p-type halfgeleiders te produceren.

Siliciumcarbide is goed bestand tegen hoge temperaturen en is tegelijkertijd chemisch stabiel en vormvast, waardoor het een uitstekende materiaalkeuze is voor waferplaatsteunen en paddles in halfgeleiderovens, maar ook voor ovenvoeringen, slijtplaten en linerbuizen in elektronicafabrieken.

De bouw van kerncentrales in zowel ontwikkelde als ontwikkelingslanden vordert snel, wat de vraag naar energie- en energiecomponenten die isolatiematerialen uit siliciumcarbidevezels bevatten, kan doen toenemen.

Methoden voor het produceren van siliciumcarbidevezels die bestand zijn tegen hoge temperaturen bestaan uit drie stappen: het verkrijgen van precursorvezels door middel van polycarbosilaan smeltspinnen, het onderdompelen van deze precursorvezels in reactiemonomeren voor inweking en uitharding om een ideale verhouding te verkrijgen tussen de dikte van de vernetkingslaag en de vezeldiameter van 0,1-0,99 en ten slotte het kraken onder inert gas om SiC-vezels te verkrijgen met een uitstekende temperatuurbestendigheid, lagere productiekosten en geschikte buigeigenschappen. De eindproducten hebben een uitstekende weerstand tegen hoge temperaturen, lage productiekosten en goede buigeigenschappen voor hun toepassingen.

Versterkingsmateriaal

Siliciumcarbide vezels worden gebruikt als versterkingsmateriaal in keramische matrix composieten (CMC). De eigenschappen maken het geschikt voor gebruik in veel toepassingen in de energie-industrie, zoals kolencentrales en kernreactoren en in hittebestendige gordijnen en banden. De weerstand van siliciumcarbidevezel tegen hoge temperaturen en de duurzaamheid maken het een uitstekende keuze als ingrediënt in CMC-versterkingsmaterialen, zoals hittebestendige gordijnen of banden.

Sinds 2008 is er aanzienlijke vooruitgang geboekt in de productietechnieken voor siliciumcarbide vezels, wat geleid heeft tot bijna-stoichiometrische vezels met een kleine diameter en eigenschappen die geschikt zijn voor de meeste keramische matrix composiet (CMC) en nucleaire toepassingen. Helaas beperken de productiekosten nog steeds het gebruik ervan.

De vraag naar siliciumcarbidevezels in Noord-Amerika neemt snel toe naarmate de lucht- en ruimtevaart en de militaire industrie groeien, gedreven door de sterke vraag naar commerciële vliegtuigen en de stijgende defensie-uitgaven in de regio. Hogere uitgaven zouden moeten leiden tot een toename van hybride aluminium metaalmatrix composieten versterkt met siliciumcarbide vezels.

De wereldwijde markt voor siliciumcarbidevezels kan worden onderverdeeld naar vorm en toepassing. Continue siliciumcarbidevezels hadden het grootste marktaandeel in 2023 en zullen naar verwachting van 2024-2030 een samengestelde jaarlijkse groei van 35,9% doormaken. Deze gemakkelijk te verwerken vezels kunnen gemakkelijk worden geïntegreerd in complex gevormde componenten, terwijl hun stralingsbestendige aard de aandacht trekt van de nucleaire energieopwekkingsindustrie.

Metaalmatrixcomposieten

Siliciumcarbidevezel kan vliegtuigmotoren helpen gewicht en kosten te besparen door minder gewichtdragende materialen te gebruiken. Maar de productie ervan brengt zijn eigen uitdagingen met zich mee, zoals het bestand zijn tegen hoge temperaturen zonder te barsten en de corrosiebestendigheid en vermoeiingsbestendigheid van de materialen.

Eén optie voor het verbeteren van composieten is het creëren van nieuwe metalen die een betere match bieden tussen versterkingsmaterialen en versterkende metalen, wat leidt tot sterkere en duurzamere composieten. Een andere benadering zou kunnen bestaan uit het gebruik van keramische matrices die composieten lichter maken terwijl vezels nog steeds in verschillende vormen kunnen worden gebracht.

Met boorvezels versterkte aluminium matrix composieten voor straalmotoronderdelen hebben het voordeel dat ze twee keer sterker en hittebestendiger zijn dan nikkellegeringen, maar ze kosten ongeveer $100 minder per pond om te produceren - wat een aanzienlijke verbetering is ten opzichte van conventionele nikkellegeringen die momenteel standaard zijn voor de meeste vliegtuigonderdelen.

Om met boor versterkte metaalmatrixcomposieten te maken, moeten siliciumcarbidevezels eerst worden gecoat met metaal om hun bevochtigbaarheid met het matrixmetaal te verbeteren en moeten ze onder druk worden gestapeld en verhit voordat ze tussen elke stapel worden gevuld met matrixmetaalpoeder gemengd met een organisch bindmiddel.

Toepassingen

Siliciumcarbidevezel is een vorm van vuurvast materiaal dat in meerdere toepassingen wordt gebruikt, waaronder hittebestendige materialen voor straalmotoren en keramische matrixcomposieten, versterkingsmateriaal voor hogetemperatuurriemen en filterdoeken, filteren van gassen of metalen bij hoge temperaturen door filterdoekfilters en hoofdcomponent in met siliciumcarbide versterkte metaalmatrixcomposieten - toepassingen die aanzienlijk zouden moeten bijdragen aan de omzetgroei binnen de markt.

In 2024 zal geweven Siliciumcarbide Vezel waarschijnlijk de wereldmarkt domineren vanwege de superieure mechanische eigenschappen en flexibiliteit bij de productie. Geweven siliciumcarbidevezel kan gemakkelijk worden geweven in verschillende structuren zoals slangen, buizen of zakken en heeft een uitstekende slijtvastheid, waardoor het een topkeuze is voor auto-onderdelen.

Siliciumcarbidevezel kan traditionele superlegeringen op basis van nikkel overtreffen door twee keer sterker en 20% lichter te zijn, met verbeterde chemische stabiliteit, chemische duurzaamheid, hittebestendigheid, thermische geleidbaarheid en duurzaamheid. Bovendien kan de SiC-kristallijne structuur hogere niveaus van trekspanning weerstaan zonder vervorming of breuk.

American Elements biedt een indrukwekkend assortiment geavanceerde materialen voor gebruik in de ruimtevaart en elektronica in de VS. Deze omvatten SiC-vezels van Sylramic, geproduceerd door COI Ceramics Inc en verpakt op spoelen van 3 inch karton; het kan worden geweven of getapet volgens individuele klantverzoeken in meerdere weefpatronen; bovendien wordt het geleverd in meerdere maten en lengtes voor ultieme flexibiliteit.