Výhody karbidu kremíka Fiber

Vlákno z karbidu kremíka je vysoko výkonný keramický materiál s mnohými výhodami, medzi ktoré patrí odolnosť voči oxidácii pri vysokých teplotách, tvrdosť, pevnosť a nízka hustota. Okrem toho sa vyznačuje vynikajúcou odolnosťou voči korózii a tepelnou stabilitou.

COVID-19 mal nepriaznivý vplyv na dopyt a dodávateľské reťazce v mnohých odvetviach, čo viedlo k spomaleniu výroby u výrobcov v leteckom a obrannom priemysle.

Odolnosť voči vysokým teplotám

Vlákna z karbidu kremíka sa vyznačujú ako výnimočná voľba pre kompozity s kovovou a keramickou matricou vďaka svojej mimoriadnej odolnosti voči vysokým teplotám, ktorú zabezpečuje ich výnimočná pevnosť v lome a odolnosť voči oxidácii, čo im umožňuje zostať nepoškodené pri teplotách presahujúcich 1000 F (540 °F). Ich stabilita spočíva v nízkom obsahu kyslíka, ktorý zaisťuje dlhodobú stabilitu pri vysokých teplotách.

Tento materiál predstavuje ľahkú, ale zároveň vysoko výkonnú alternatívu k superzliatinám na báze niklu, pričom ponúka podobnú pevnosť, tepelnú odolnosť a chemickú inertnosť, no je zároveň ľahší a odolnejší. Okrem toho vďaka svojej chemickej inertnosti odoláva korózii aj chemickému poškodeniu.

Bol vyvinutý inovatívny výrobný proces na výrobu vlákien z karbidu kremíka odolných voči vysokým teplotám. Ako surovina sa používa nízkomolekulárny silán (LPS), ktorý sa nechá reagovať s organickou zlúčeninou obsahujúcou zhutňovacie prvky, čím vznikajú polykarbosilány obsahujúce AL a Y (PACS a PYCS). Z nich sa potom pomocou technológie taveného spriadania spriadajú nekonečné vlákna, ktoré sa následne spekajú, čím vznikajú vlákna z karbidu kremíka odolné voči vysokým teplotám.

Vysokopevnostný

Vlákno z karbidu kremíka je pevný materiál, ktorý odoláva extrémnym teplotám. Vďaka svojmu stechiometrickému zloženiu a polykryštalickej mikrostruktúre má vysoké pevnosti v ťahu, pričom jeho tvrdosť a chemická odolnosť ho predurčujú na použitie pri procesoch kalenia kovov, ako aj pri kalení v oleji v rámci operácií kalenia kovov. Okrem toho karbid kremíka odoláva prostrediam s vysokým tlakom, čo z neho robí vynikajúcu voľbu pre tesnenia olejových čerpadiel, ako aj pre iné mechanické výrobky prevádzkované za týchto podmienok.

Očakáva sa, že rastúca letecká a vojenská výroba, zvýšené financovanie NASA a ďalšie faktory povedú k nárastu severoamerického dopytu po vláknach z karbidu kremíka, ktoré sa používajú v keramických brzdových kotúčoch pre športové autá, ako aj v nepriestrelných vestách.

Výskumné centrum NASA Glenn vyvinulo mikrovlnný proces na výrobu SiC vlákien s vyššou pevnosťou, ktorý pomáha výrobcom znížiť spotrebu energie, spracovateľské teploty a dobu spracovania, ako aj opraviť poškodené alebo nekvalitné SiC vlákna s cieľom dosiahnuť lepší výkon. Okrem toho tento inovatívny proces šetrí náklady na pracovnú silu a zároveň zvyšuje výťažok použiteľného SiC.

Stabilita pri vysokých teplotách

Vlákna z karbidu kremíka sú známe ako mimoriadne pevné a odolné materiály s vynikajúcou tepelnou vodivosťou a odolnosťou voči tepelnej rozťažnosti, ktoré sú odolné voči korózii, vyznačujú sa vysokým modulom pružnosti a majú nízku mieru tepelnej rozťažnosti a vynikajúce pevnostné vlastnosti – vďaka týmto vlastnostiam sú vhodné na procesy kalenia v oleji pri tvrdení kovov, ako aj na použitie v materiáloch odolných voči oderu alebo v kompozitoch s keramickou matricou.

Rast trhu s vláknami z karbidu kremíka Trh s nekonečnými vláknami z karbidu kremíka sa rýchlo rozširuje vďaka dopytu leteckého a obranného priemyslu po ľahkých komponentoch. Vďaka svojej vynikajúcej odolnosti voči oxidácii a chemickej čistote sa nepretržité vlákna z karbidu kremíka využívajú v mnohých aplikáciách; zatiaľ čo tkané vlákna z karbidu kremíka môžu byť vhodné aj pre vysokoteplotné aplikácie, ako sú jadrové reaktory alebo hutnícke pece.

Na skúmanie povrchovej morfológie pripravených vlákien SiC-9 a SiC-14 vyrobených v našej laboratóriu sme použili SEM. Obsah kyslíka v týchto vzorkách bol iba 0,07 hmotnostného percenta – čo je výrazne menej ako ich stechiometrický pomer SiC. Tepelná stabilita bola vynikajúca, pričom sa nezistili žiadne zmeny ani počas dlhodobých tepelných úprav.

Odolnosť proti korózii

Vlákna z karbidu kremíka sú pokročilým keramickým materiálom s vynikajúcimi tepelnými, chemickými a mechanickými vlastnosťami. Vďaka svojej odolnosti voči vysokým teplotám sú vhodné pre aplikácie, v ktorých by sa iné materiály rýchlo poškodili alebo zlyhali; ich odolnosť proti tečeniu, oxidácii a únave z nich zároveň robí vhodné materiály pre použitie v leteckom a vojenskom priemysle.

Odolnosť SiC vlákien voči korózii vyplýva z ich nízkej hustoty pórov a veľkej špecifickej povrchovej plochy, ktorých dosiahnutie je výsledkom procesu infiltrácie a pyrolýzy. Polykarbosilán z prekurzorových molekúl vstupuje do pórov, kde vytvára sekundárny karbid kremíka, ktorý následne zmenšuje veľkosť pórov; surové vzorky vyrobené v tomto kroku potom prechádzajú viacerými cyklami infiltrácie a pyrolýzy, čím sa zvyšuje ich hustota a znižuje poréznosť.

Pandémia COVID-19 spôsobila chaos v dodávateľských a odberateľských reťazcoch mnohých odvetví. Mnohé továrne museli zastaviť prevádzku, zatiaľ čo letecké spoločnosti a obranný priemysel čelia ťažkostiam pri prevádzke v dôsledku obmedzení cestovania a nákladnej dopravy.