Переваги карбідного волокна кремнію

Волокно з карбіду кремнію — це високоякісний керамічний матеріал, що має численні переваги, зокрема стійкість до окислення при високих температурах, твердість, міцність та низьку щільність. Крім того, воно відрізняється чудовою корозійною стійкістю та тепловою стабільністю.

COVID-19 негативно вплинув на попит та ланцюги постачання у багатьох галузях, що призвело до уповільнення виробництва серед виробників авіакосмічної та оборонної промисловості.

Стійкість до високих температур

Волокна з карбіду кремнію є ідеальним вибором для композитних матеріалів з металевою та керамічною матрицею завдяки своїй надзвичайній термостійкості, що зумовлена винятковою міцністю на руйнування та стійкістю до окислення, що дозволяє їм зберігати цілісність при температурах, що перевищують 1000 F (540 °F). Їхня стабільність зумовлена низьким вмістом кисню, що забезпечує стабільність при високих температурах протягом тривалого часу.

Цей матеріал є легкою, але водночас високоефективною альтернативою суперсплавам на основі нікелю, забезпечуючи аналогічну міцність, термостійкість та хімічну інертність, при цьому будучи легшим і довговічнішим. Крім того, завдяки своїй хімічній інертності він стійкий до корозії та хімічного руйнування.

Розроблено інноваційний технологічний процес виготовлення термостійкого волокна з карбіду кремнію. Використовуючи низькомолекулярний силан (LPS) як сировину та вступаючи в реакцію з органічною сполукою, що містить елементи ущільнення, отримують полікарбосилан, що містить AL та Y (PACS та PYCS), з якого потім методом розплавного прядіння виготовляють безперервні волокна, які після цього спікаються для отримання термостійкого волокна SiC.

Високоміцний

Волокно з карбіду кремнію — це міцний матеріал, здатний витримувати екстремальні температури. Завдяки стехіометричному складу та полікристалічній мікроструктурі воно має високу міцність на розрив, а його твердість і хімічна стійкість роблять його придатним для процесів загартування металу, а також для гартування в маслі під час операцій з гартування металу. Крім того, карбід кремнію витримує умови високого тиску, що робить його чудовим вибором для ущільнень масляних насосів, а також інших механічних виробів, що працюють у таких умовах.

Очікується, що зростання обсягів виробництва в аерокосмічній та військовій галузях, збільшення фінансування НАСА та інші фактори призведуть до зростання попиту в Північній Америці на волокно з карбіду кремнію, яке використовується у виготовленні керамічних гальмівних дисків для спортивних автомобілів, а також у виробництві куленепробивних жилетів.

Дослідницький центр імені Гленна НАСА розробив мікрохвильовий процес виробництва SiC-пасм підвищеної міцності, що допомагає виробникам знизити енергоспоживання, температуру та час обробки, а також відновлювати пошкоджені або неякісні SiC-пасма для підвищення їхніх експлуатаційних характеристик. Крім того, цей інноваційний процес дозволяє заощадити на витратах на робочу силу та одночасно збільшити вихід придатного для використання SiC.

Стійкість до високих температур

Волокна з карбіду кремнію відомі як надзвичайно міцні та довговічні матеріали з чудовою теплопровідністю та стійкістю до теплового розширення, а також завдяки своїй корозійній стійкості, високому модулю пружності, низьким коефіцієнтам теплового розширення та міцності — якості, які роблять їх придатними для процесів гартування в маслі під час загартовування металів, а також для використання у зносостійких матеріалах або композитах з керамічною матрицею.

Зростання ринку волокон з карбіду кремнію Ринок безперервних волокон з карбіду кремнію швидко розширюється завдяки попиту аерокосмічної та оборонної промисловості на легкі компоненти. Завдяки своїй винятковій стійкості до окислення та хімічній чистоті безперервне волокно з карбіду кремнію знаходить широке застосування; водночас ткане волокно з карбіду кремнію може бути придатним навіть для використання в умовах високих температур, таких як ядерні реактори або металургійні печі.

Для дослідження морфології поверхні щойно отриманих волокон SiC-9 та SiC-14, виготовлених у нашій лабораторії, було використано скануючий електронний мікроскоп (SEM). Вміст кисню в цих зразках становив лише 0,07 відсотка за масою — що значно нижче за їхнє стехіометричне співвідношення SiC. Термічна стабільність була відмінною: навіть під час тривалих термічних обробок не було виявлено жодних змін.

Стійкість до корозії

Волокна з карбіду кремнію — це сучасний керамічний матеріал, що володіє винятковими тепловими, хімічними та механічними властивостями. Завдяки здатності витримувати високі температури вони підходять для застосування в умовах, де інші матеріали швидко руйнуються або виходять з ладу; водночас їхня стійкість до повзучості, окислення та втоми робить їх ідеальним матеріалом для використання в авіакосмічній та військовій техніці.

Корозійна стійкість волокон SiC зумовлена їхньою низькою щільністю пор та високою питомою поверхнею, що досягається завдяки процесу інфільтраційно-піролізу. Полікарбосилан із молекул-прекурсорів проникає в пори, утворюючи вторинний карбід кремнію, який потім зменшує розмір пор; ’сирі» зразки, виготовлені на цьому етапі, потім проходять кілька циклів інфільтраційно-піролізної обробки, що збільшує їхню щільність і водночас зменшує пористість.

Пандемія COVID-19 спричинила хаос у ланцюгах попиту та пропозиції багатьох галузей. Чимало заводів зупинило роботу, а авіакомпанії та оборонна промисловість стикаються з труднощами у своїй діяльності через обмеження на поїздки та вантажні перевезення.