Fördelar med kiselkarbidfiber

Kiselkarbidfiber är ett högpresterande keramiskt material med många fördelar, bland annat hög temperaturbeständighet mot oxidation, hårdhet, hållfasthet och låg densitet. Dessutom har det utmärkta egenskaper vad gäller korrosionsbeständighet och termisk stabilitet.

COVID-19 har haft en negativ inverkan på efterfrågan och leveranskedjorna inom många branscher, vilket har lett till produktionsnedgångar hos tillverkare inom flyg- och försvarsindustrin.

Beständighet mot höga temperaturer

Kiselkarbidfibrer utmärker sig som ett utmärkt val för kompositer med metall- och keramikmatris tack vare sin extremt höga temperaturbeständighet, som beror på deras enastående brottstyrka och oxidationsbeständighet, vilket gör att de förblir intakta vid temperaturer över 1000 F (540 °F). Deras stabilitet beror på det låga syrehalten, vilket säkerställer stabilitet vid höga temperaturer över tid.

Detta material utgör ett lätt men samtidigt högpresterande alternativ till nickelbaserade superlegeringar, med liknande hållfasthet, värmebeständighet och kemisk inertitet, samtidigt som det är lättare och mer hållbart. Dess kemiska inertitet innebär dessutom att det är motståndskraftigt mot både korrosion och kemiska skador.

En innovativ tillverkningsprocess för framställning av högtemperaturbeständig kiselkarbidfiber har utvecklats. Genom att använda lågmolekylärt silan (LPS) som råmaterial och låta det reagera med en organisk förening som innehåller förtätningselement framställs AL- och Y-innehållande polykarbosilan (PACS och PYCS), varav kontinuerliga fibrer sedan spinns med hjälp av smältspinningsteknik innan de sintras för att bilda högtemperaturbeständig SiC-fiber.

Höghållfast

Kiselkarbidfiber är ett starkt material som tål extrema temperaturer. Tack vare sin stökiometriska sammansättning och polykristallina mikrostruktur ger dess sammansättning hög draghållfasthet, medan dess hårdhet och kemiska beständighet gör den lämplig för metallhärdningsprocesser samt för oljekylning vid metallhärdning. Dessutom tål kiselkarbid miljöer med högt tryck – vilket gör det till ett utmärkt val för tätningar i oljepumpar samt andra mekaniska produkter som används under sådana förhållanden.

En ökad produktion inom flyg- och försvarsindustrin, ökade anslag till NASA och andra faktorer förväntas leda till en ökad efterfrågan i Nordamerika på kiselkarbidfiber, som används i keramiska bromsskivor till sportbilar samt i skottsäkra västar.

NASA Glenn Research Center har utvecklat en mikrovågsprocess för att tillverka SiC-trådar med högre hållfasthet, vilket hjälper tillverkarna att minska energibehovet, bearbetningstemperaturerna och bearbetningstiderna samt att reparera skadade eller undermåliga SiC-trådar för förbättrad prestanda. Dessutom minskar denna innovativa process arbetskraftskostnaderna samtidigt som den ökar utbytet av användbar SiC.

Stabilitet vid höga temperaturer

Kiselkarbidfibrer är kända för att vara extremt sega och hållbara material med utmärkt värmeledningsförmåga och motståndskraft mot termisk expansion. De är korrosionsbeständiga, har hög modulhållfasthet samt låga värmeutvidgningskoefficienter och goda hållfasthetsegenskaper – egenskaper som gör dem lämpliga för oljehärdningsprocesser vid metallhärdning samt för användning i slitstarka material eller kompositer med keramisk matris.

Tillväxt på marknaden för kiselkarbidfiber Marknaden för kontinuerlig kiselkarbidfiber växer snabbt tack vare efterfrågan på lätta komponenter inom flyg- och försvarsindustrin. Tack vare sin överlägsna oxidationsbeständighet och kemiska renhet används kontinuerliga kiselkarbidfibrer i ett stort antal tillämpningar, medan vävda kiselkarbidfibrer till och med kan vara lämpliga för högtemperaturtillämpningar såsom kärnreaktorer eller metallurgiska ugnar.

SEM användes för att undersöka ytstrukturen hos de nyframställda SiC-9- och SiC-14-fibrerna som tillverkats i vårt laboratorium. Syrehalten i dessa prover uppgick endast till 0,07 viktprocent – vilket är betydligt lägre än det stökiometriska förhållandet för SiC. Den termiska stabiliteten var utmärkt, och inga märkbara förändringar kunde konstateras ens vid långvariga värmebehandlingar.

Korrosionsbeständighet

Kiselkarbidfibrer är ett avancerat keramiskt material med överlägsna termiska, kemiska och mekaniska egenskaper. Deras förmåga att tåla höga temperaturer gör dem lämpliga för tillämpningar där andra material snabbt skulle brytas ned eller gå sönder, medan deras krypbeständighet, oxidationsbeständighet och utmattningsbeständighet gör dem till lämpliga material för tillämpningar inom rymd- och militärutrustning.

SiC-fibrernas korrosionsbeständighet beror på deras låga porositet och stora specifika ytarea, vilket uppnås genom en infiltrations-pyrolysprocess. Polykarbosilan från prekursormolekyler tränger in i porerna och bildar sekundär kiselkarbid, vilket i sin tur minskar porstorleken; råprover som tillverkats genom detta steg genomgår därefter flera cykler av infiltrationspyrolys, vilket ökar deras densitet samtidigt som porositeten minskar.

Covid-19-pandemin har orsakat kaos i många branschers försörjnings- och efterfrågekedjor. Många fabriker har stängt, medan flygbolag och försvarsindustrin har svårt att bedriva sin verksamhet på grund av reserestriktioner och fraktrestriktioner.