Ринок волокон з карбіду кремнію

Залежно від форми, ринок волокон карбіду кремнію можна розділити на безперервні та ткані вироби з карбіду кремнію. Зростання промислового виробництва в аерокосмічній та оборонній галузях, а також в енергетиці, де безперервне карбідне волокно використовується для створення ядерних реакторів, є основними рушійними силами.

Стійкість до високих температур

Висока термостійкість карбіду кремнію робить його чудовим армуючим матеріалом для металів і пластмас, створюючи композити з високою міцністю на розрив і модулем пружності. Крім того, електроди з карбіду кремнію широко використовуються в печах та індукційних плитах як промислове джерело нагріву; крім того, його можна легувати азотом, фосфором, алюмінієм або галієм для отримання напівпровідників n-типу і p-типу.

Карбід кремнію добре витримує високі температури, є хімічно стійким і стабільним за розмірами, що робить його чудовим матеріалом для опор лотків для пластин і лопаток у напівпровідникових печах, а також для футерування печей, зносостійких пластин і футерувальних трубок на заводах з виробництва електроніки.

Будівництво ядерних об'єктів як у розвинених країнах, так і в країнах, що розвиваються, відбувається швидкими темпами, що може збільшити попит на енергетичні та енергетичні компоненти, які містять волокнисті ізоляційні матеріали з карбіду кремнію, наприклад, енергетичні реактори, які широко використовують їх як ізоляційні матеріали.

Методи виробництва високотемпературних волокон з карбіду кремнію складаються з трьох етапів: отримання волокон-попередників шляхом прядіння розплаву полікарбосилану, занурення цих волокон-попередників у реакційні мономери для просочення і затвердіння для досягнення ідеального співвідношення між товщиною зшиваючого шару і діаметром волокна 0,1-0,99 і, нарешті, розтріскування під дією інертного газу для отримання волокон SiC, які мають чудову термостійкість, а також знижену виробничу собівартість і відповідні характеристики при згинанні. Кінцеві продукти мають відмінну стійкість до високих температур, низькі виробничі витрати і хороші властивості при згинанні для їх застосування.

Армуючий матеріал

Волокно з карбіду кремнію використовується як армуючий матеріал у керамічних матричних композитах (КМК). Завдяки своїм властивостям воно придатне для використання в багатьох галузях енергетики, таких як вугільні електростанції та ядерні реактори, а також у жаростійких завісах і ременях. Стійкість волокна карбіду кремнію до високих температур і довговічність роблять його чудовим вибором в якості інгредієнта в армуючих матеріалах з КМК, таких як термостійкі завіси або стрічки.

З 2008 року було досягнуто значного прогресу в технології виробництва волокон з карбіду кремнію, що призвело до створення майже стехіометричних волокон малого діаметру з властивостями, придатними для більшості композитних матеріалів з керамічною матрицею (КМК) та ядерних застосувань. На жаль, виробничі витрати все ще обмежують їх використання.

Попит на волокна з карбіду кремнію в Північній Америці швидко зростає в міру розширення аерокосмічної та військової промисловості, що зумовлено високим попитом на комерційні літаки, а також зростанням витрат на оборону в регіоні. Зростання витрат має сприяти збільшенню обсягів виробництва гібридних композитів на основі алюмінієвої металевої матриці, армованих волокнами з карбіду кремнію.

Світовий ринок волокон карбіду кремнію можна розділити за формою та застосуванням. Безперервні волокна з карбіду кремнію займали найбільшу частку ринку в 2023 році і, за прогнозами, зазнають середньорічного сукупного зростання з очікуваним середньорічним сукупним темпом зростання 35,9% в період з 2024 по 2030 рік. Ці легкі в обробці волокна можуть бути легко інтегровані в компоненти складної форми, а їх радіаційна стійкість привертає увагу з боку атомної енергетики.

Композити з металевою матрицею

Волокно з карбіду кремнію може допомогти авіаційним двигунам зменшити вагу і вартість за рахунок зменшення кількості використовуваних матеріалів, що несуть вагу. Але його виробництво ставить перед нами низку викликів, таких як здатність витримувати високі температури без розтріскування, а також корозійна стійкість і втомлюваність матеріалів, з яких він виготовлений.

Одним із варіантів вдосконалення композитів може бути створення нових металів, які забезпечують кращу відповідність між армуючими матеріалами та металами армування, що призводить до створення міцніших і довговічніших композитів. Інший підхід може передбачати використання керамічних матриць, які роблять композити легшими, дозволяючи при цьому надавати волокнам різної форми.

Армовані борними волокнами композити з алюмінієвою матрицею, що виробляються для компонентів реактивних двигунів, мають перевагу в тому, що вони вдвічі міцніші та жаростійкіші, ніж сплави на основі нікелю, але коштують приблизно на $100 менше за фунт, що є значним покращенням порівняно зі звичайними нікелевими сплавами, які наразі є стандартними для більшості авіаційних компонентів.

Для створення композитів з металевою матрицею, армованою бором, волокна карбіду кремнію спочатку повинні бути покриті металом, щоб підвищити їх змочуваність металом матриці, а потім укладені в стопки і нагріті під тиском перед заповненням між кожною стопкою за допомогою порошку металу матриці, змішаного з органічним зв'язувальним.

Додатки

Волокно з карбіду кремнію є формою вогнетривкого матеріалу, що використовується в різних сферах застосування, включаючи жаростійкі матеріали для реактивних двигунів і керамічних матричних композитів, армуючий матеріал для високотемпературних стрічок і фільтрувальних тканин, фільтрацію високотемпературних газів або металів через фільтрувальні тканини, а також ключовий компонент композитів з металевою матрицею, армованих карбідом кремнію, - сфери застосування, які повинні зробити значний внесок у зростання доходів на ринку.

До 2024 року ткане волокно з карбіду кремнію, ймовірно, домінуватиме на світовому ринку завдяки своїм чудовим механічним властивостям і виробничій гнучкості. Ткане волокно з карбіду кремнію можна легко сплести в різні структури, такі як шланги, трубки або мішки, і воно має чудову зносостійкість, що робить його найкращим вибором для автомобільних деталей.

Волокно з карбіду кремнію може затьмарити традиційні суперсплави на основі нікелю, будучи вдвічі міцнішим і легшим на 20%, з покращеною хімічною стабільністю, хімічною стійкістю, жаростійкістю, теплопровідністю і довговічністю. Крім того, кристалічна структура SiC витримує більш високі рівні розтягуючих навантажень без деформації або руйнування.

American Elements пропонує вражаючий асортимент передових матеріалів для аерокосмічної та електронної промисловості в США. До них відносяться волокна SiC від Sylramic, вироблені компанією COI Ceramics Inc і упаковані в 3-дюймові картонні котушки; вони можуть бути сплетені або обмотані стрічкою відповідно до індивідуальних запитів клієнтів у різних варіантах переплетення; крім того, вони доступні в різних розмірах і довжинах для максимальної гнучкості.