Piața fibrelor de carbură de siliciu

Pe baza formei sale, piața fibrelor de carbură de siliciu poate fi împărțită în produse continue și țesute din fibre de carbură de siliciu. Cu o producție industrială crescută care provine din sectoarele aerospațiale și de apărare și din industria energetică care utilizează fibre continue de carbură de siliciu pentru crearea de reactoare nucleare ca principal motor.

Rezistent la temperaturi ridicate

Rezistența la temperaturi ridicate a fibrei de carbură de siliciu o transformă într-un excelent material de ranforsare pentru metale și materiale plastice, producând compozite cu rezistență ridicată la tracțiune și modul de elasticitate. În plus, electrozii din fibre de carbură de siliciu sunt utilizați pe scară largă în cuptoare și aragazuri cu inducție ca sursă de încălzire industrială; în plus, pot fi dopați cu azot, fosfor, aluminiu sau galiu pentru a produce semiconductori de tip n și p.

Carbura de siliciu rezistă bine la temperaturi ridicate, fiind în același timp stabilă din punct de vedere chimic și dimensional, ceea ce o face o alegere excelentă de material pentru suporturile și paletele tăvilor de wafer din cuptoarele de semiconductori, precum și pentru căptușelile cuptoarelor, plăcile de uzură și tuburile de căptușeală din fabricile de produse electronice.

Construcția de instalații nucleare atât în țările dezvoltate, cât și în cele în curs de dezvoltare progresează rapid, ceea ce ar putea crește cererea de componente pentru energie și putere care conțin materiale izolante din fibre de carbură de siliciu, cum ar fi reactoarele electrice care le utilizează pe scară largă ca material izolant.

Metodele de producere a fibrelor de carbură de siliciu rezistente la temperaturi ridicate constau în trei etape: obținerea fibrelor precursoare prin filare prin topire a policarbosilanului, scufundarea acestor fibre precursoare în monomeri de reacție pentru înmuiere și tratament de întărire pentru a obține un raport ideal între grosimea stratului de reticulare și diametrul fibrei de 0,1-0,99 și, în final, cracarea sub gaz inert pentru a obține fibre de SiC care oferă o rezistență excelentă la temperatură, precum și costuri de fabricație reduse și proprietăți flexibile adecvate. Produsele finale posedă o rezistență excelentă la temperaturi ridicate, costuri de fabricație reduse și proprietăți de flexiune bune pentru aplicațiile lor.

Material de armare

Fibra de carbură de siliciu este utilizată ca material de armare în compozitele cu matrice ceramică (CMC). Proprietățile sale o fac potrivită pentru utilizarea în multe aplicații din industria energetică, cum ar fi centralele pe cărbune și reactoarele nucleare, precum și în perdele și curele rezistente la căldură. Rezistența la temperaturi ridicate și durabilitatea fibrei de carbură de siliciu o fac o alegere excelentă ca ingredient în materialele de armare CMC, cum ar fi perdelele sau centurile cu rezistență termică.

Începând cu 2008, s-au făcut progrese semnificative în tehnicile de fabricare a fibrelor de carbură de siliciu, ceea ce a condus la fibre cu diametru mic aproape stoichiometrice, cu proprietăți adecvate pentru majoritatea aplicațiilor nucleare și a compozitelor cu matrice ceramică (CMC). Din păcate, costurile de fabricație limitează încă utilizarea acestora.

Cererea de fibre de carbură de siliciu în America de Nord crește rapid pe măsură ce industriile aerospațială și militară se extind, determinată de cererea puternică de aeronave comerciale, precum și de creșterea cheltuielilor de apărare în regiune. Creșterea cheltuielilor ar trebui să alimenteze creșterea compozitelor hibride cu matrice metalică din aluminiu, întărite cu fibre de carbură de siliciu.

Piața globală a fibrelor de carbură de siliciu poate fi împărțită în funcție de formă și aplicație. Fibrele continue de carbură de siliciu au deținut cea mai mare cotă de piață în 2023 și se estimează că vor înregistra o creștere anuală compusă la o rată de creștere anuală compusă de 35,9% în perioada 2024-2030. Aceste fibre ușor de prelucrat pot fi integrate cu ușurință în componente de formă complexă, în timp ce natura lor rezistentă la radiații atrage atenția industriilor producătoare de energie nucleară.

Compozite cu matrice metalică

Fibrele de carbură de siliciu pot ajuta la reducerea greutății și a costurilor motoarelor de avioane prin diminuarea materialelor de susținere a greutății utilizate. Dar producția sa prezintă propriul set de provocări, cum ar fi capacitatea de a rezista la temperaturi ridicate fără a se fisura, precum și proprietățile de rezistență la coroziune și la oboseală ale materialelor sale.

O opțiune pentru îmbunătățirea compozitelor ar fi crearea de noi metale care să asigure o mai bună potrivire între materialele de armare și metalele de armare, conducând la compozite mai puternice și mai durabile. O altă abordare ar putea implica utilizarea de matrici ceramice care fac compozitele mai ușoare, permițând în același timp fibrelor să fie modelate în diverse forme.

Materialele compozite cu matrice de aluminiu ranforsate cu fibre de bor produse pentru componentele motoarelor cu reacție au avantajul de a fi de două ori mai puternice și mai rezistente la căldură decât aliajele pe bază de nichel, dar costă cu aproximativ $100 mai puțin pe kilogram pentru a fi produse - reprezentând o îmbunătățire semnificativă față de aliajele convenționale de nichel care sunt în prezent standard pentru majoritatea componentelor aeronavelor.

Pentru crearea compozitelor cu matrice metalică ranforsată cu bor, fibrele de carbură de siliciu trebuie mai întâi să fie acoperite cu metal pentru a le spori umezeala cu matricea metalică, apoi să fie stivuite și încălzite sub presiune înainte de a fi umplute între fiecare stivă prin utilizarea unei pulberi de matrice metalică amestecată cu un liant organic.

Aplicații

Fibra de carbură de siliciu este o formă de material refractar utilizat în mai multe aplicații, inclusiv materiale rezistente la căldură pentru motoare cu reacție și compozite cu matrice ceramică, material de armare pentru curele și pânze filtrante pentru temperaturi ridicate, filtrarea gazelor sau a metalelor la temperaturi ridicate prin filtre cu pânză filtrantă și componentă cheie în compozitele cu matrice metalică armată cu carbură de siliciu - aplicații care ar trebui să contribuie semnificativ la creșterea veniturilor în cadrul pieței.

Până în 2024, fibra de carbură de siliciu țesută va domina probabil piața globală datorită proprietăților sale mecanice superioare și flexibilității de fabricație. Fibra de carbură de siliciu țesută poate fi ușor țesută în diferite structuri, cum ar fi furtunuri, tuburi sau pungi și prezintă o rezistență excelentă la uzură, ceea ce o face o alegere de top pentru piesele auto.

Fibra de carbură de siliciu poate depăși superaliajele tradiționale pe bază de nichel, fiind de două ori mai puternică și 20% mai ușoară, cu stabilitate chimică îmbunătățită, durabilitate chimică, rezistență la căldură, conductivitate termică și durabilitate. În plus, structura cristalină SiC poate rezista la niveluri mai ridicate de solicitări la tracțiune fără deformare sau rupere.

American Elements oferă o gamă impresionantă de materiale avansate pentru uz aerospațial și electronic în SUA. Printre acestea se numără fibrele SiC de la Sylramic produse de COI Ceramics Inc și ambalate pe bobine de carton de 3 inch; acestea pot fi țesute sau lipite în funcție de solicitările individuale ale clienților în mai multe modele de țesătură; în plus, acestea sunt disponibile în mai multe dimensiuni și lungimi pentru flexibilitate maximă.