Trh s karbidom kremíka

Na základe formy možno trh s karbidovými vláknami kremíka rozdeliť na kontinuálne a tkané výrobky z karbidu kremíka. S nárastom priemyselnej výroby vychádzajúcej z leteckého a obranného priemyslu a energetického priemyslu, ktorý využíva kontinuálne karbidové vlákna kremíka na výrobu jadrových reaktorov, ako hlavných hnacích síl.

Odolnosť voči vysokým teplotám

Karbid kremíka je vďaka svojej vysokej teplotnej odolnosti vynikajúcim výstužným materiálom pre kovy a plasty, z ktorého sa vyrábajú kompozity s vysokou pevnosťou v ťahu a modulom pružnosti. Okrem toho sa elektródy z karbidu kremíka široko používajú v peciach a indukčných varičoch ako priemyselný zdroj ohrevu; okrem toho sa môžu dopovať dusíkom, fosforom, hliníkom alebo gáliom na výrobu polovodičov typu n a p.

Karbid kremíka dobre odoláva vysokým teplotám a zároveň je chemicky stabilný a rozmerovo stály, čo z neho robí vynikajúci materiál na podpery a vankúšiky do polotovarových pecí, ako aj na použitie ako výmurovky pecí, opotrebované dosky a výmurovky vo výrobných závodoch elektroniky.

Výstavba jadrových zariadení v rozvinutých aj rozvojových krajinách rýchlo napreduje, čo by mohlo zvýšiť dopyt po energetických a energetických komponentoch, ktoré obsahujú izolačné materiály z karbidu kremíka, ako sú energetické reaktory, ktoré ich vo veľkej miere používajú ako izolačný materiál.

Metódy na výrobu vlákien karbidu kremíka odolných voči vysokým teplotám pozostávajú z troch krokov: získanie prekurzorových vlákien pomocou polykarbosilanového taveninového pradenia, ponorenie týchto prekurzorových vlákien do reakčných monomérov na namáčanie a vytvrdzovanie, aby sa dosiahol ideálny pomer medzi hrúbkou zosieťovanej vrstvy a priemerom vlákna 0,1-0,99, a nakoniec krakovanie v inertnom plyne, aby sa získali SiC vlákna, ktoré majú vynikajúcu teplotnú odolnosť, ako aj znížené výrobné náklady a vhodné ohybové vlastnosti. Konečné produkty majú vynikajúcu odolnosť voči vysokým teplotám, nízke výrobné náklady a dobré ohybové vlastnosti pre ich použitie.

Výstužný materiál

Karbid kremíka sa používa ako výstužný materiál v kompozitoch s keramickou matricou (CMC). Vďaka svojim vlastnostiam je vhodné na použitie v mnohých aplikáciách v energetickom priemysle, ako sú uhoľné elektrárne a jadrové reaktory, ako aj v žiaruvzdorných závesoch a pásoch. Odolnosť karbidu kremíka voči vysokým teplotám a trvanlivosť z neho robia vynikajúcu voľbu ako zložku do výstužných materiálov CMC, ako sú tepelne odolné závesy alebo pásy.

Od roku 2008 sa dosiahol významný pokrok v technikách výroby karbidu kremíka, čo viedlo k takmer stechiometrickým vláknam s malým priemerom a vlastnosťami vhodnými pre väčšinu kompozitov s keramickou matricou (CMC) a jadrových aplikácií. Bohužiaľ, výrobné náklady stále obmedzujú ich použitie.

Dopyt po karbide kremíka v Severnej Amerike rýchlo rastie, pretože sa rozširuje letecký a vojenský priemysel, a to vďaka silnému dopytu po komerčných lietadlách, ako aj rastúcim výdavkom na obranu v regióne. Zvýšené výdavky by mali podporiť nárast hybridných kompozitov s kovovou matricou z hliníka vystužených karbidom kremíka.

Globálny trh s karbidom kremíka možno rozdeliť podľa formy a použitia. Kontinuálne karbidové vlákna kremíka mali v roku 2023 najväčší podiel na trhu a predpokladá sa, že v rokoch 2024 - 2030 budú zaznamenávať zložený ročný rast s očakávanou zloženou ročnou mierou rastu 35,9%. Tieto ľahko spracovateľné vlákna sa dajú ľahko integrovať do zložito tvarovaných komponentov, pričom ich radiačná odolnosť priťahuje pozornosť priemyslu výroby jadrovej energie.

Kompozity s kovovou matricou

Vlákna karbidu kremíka môžu pomôcť leteckým motorom znížiť hmotnosť a náklady tým, že znížia množstvo použitých materiálov, ktoré nesú hmotnosť. Jeho výroba však prináša vlastné výzvy, napríklad schopnosť odolávať vysokým teplotám bez praskania, ako aj odolnosť voči korózii a únavové vlastnosti materiálov.

Jednou z možností zlepšenia kompozitov by bolo vytvorenie nových kovov, ktoré by zabezpečili lepšiu zhodu medzi výstužnými materiálmi a výstužnými kovmi, čo by viedlo k pevnejším a odolnejším kompozitom. Ďalší prístup by mohol zahŕňať použitie keramických matríc, ktoré by kompozity odľahčili a zároveň umožnili tvarovanie vlákien do rôznych foriem.

Kompozity s hliníkovou matricou vystužené bórovými vláknami, ktoré sa vyrábajú pre komponenty prúdových motorov, majú tú výhodu, že sú dvakrát pevnejšie a odolnejšie voči teplu ako zliatiny na báze niklu, ale ich výroba stojí približne o $100 menej na libru - čo predstavuje výrazné zlepšenie oproti konvenčným niklovým zliatinám, ktoré sú v súčasnosti štandardom pre väčšinu leteckých komponentov.

Pri vytváraní kompozitov s kovovou matricou vystuženou bórom sa musia vlákna karbidu kremíka najprv pokryť kovom, aby sa zvýšila ich zmáčavosť s kovovou matricou, a musia sa ukladať na seba a zahrievať pod tlakom pred tým, ako sa naplnia medzi jednotlivé stohy pomocou kovového prášku matrice zmiešaného s organickým spojivom.

Aplikácie

Karbid kremíka je forma žiaruvzdorného materiálu, ktorý sa používa vo viacerých aplikáciách vrátane žiaruvzdorných materiálov pre prúdové motory a kompozity s keramickou matricou, výstužného materiálu pre vysokoteplotné pásy a filtračné tkaniny, filtrovania vysokoteplotných plynov alebo kovov cez filtračné tkaniny a kľúčovej zložky v kompozitoch s kovovou matricou vystuženou karbidom kremíka - aplikácie, ktoré by mali významne prispieť k rastu príjmov na trhu.

Do roku 2024 budú na globálnom trhu pravdepodobne dominovať tkané karbidové vlákna kremíka vďaka svojim vynikajúcim mechanickým vlastnostiam a výrobnej flexibilite. Tkané karbidové vlákna kremíka sa dajú ľahko vplietať do rôznych štruktúr, ako sú hadice, rúrky alebo vrecia, a vyznačujú sa vynikajúcou odolnosťou proti opotrebovaniu, vďaka čomu sú najlepšou voľbou pre automobilové diely.

Vlákno karbidu kremíka môže prekonať tradičné superzliatiny na báze niklu tým, že je dvakrát pevnejšie a 20% ľahšie, so zlepšenou chemickou stabilitou, chemickou odolnosťou, tepelnou odolnosťou, tepelnou vodivosťou a trvanlivosťou. Okrem toho kryštalická štruktúra SiC dokáže odolať vyšším úrovniam ťahového namáhania bez deformácie alebo zlomenia.

Spoločnosť American Elements ponúka v USA pôsobivý sortiment pokročilých materiálov na použitie v letectve a elektronike. Patria medzi ne SiC vlákna Sylramic vyrábané spoločnosťou COI Ceramics Inc. a balené na 3-palcových kartónových cievkach; môžu byť tkané alebo lepené podľa individuálnych požiadaviek zákazníka vo viacerých vzoroch tkania; okrem toho sa dodávajú vo viacerých veľkostiach a dĺžkach pre maximálnu flexibilitu.