Włókna z węglika krzemu
Włókna z węglika krzemu to włókna o średnicy od 5 do 150 mikrometrów , składające się głównie z cząsteczek węglika krzemu . W zależności od procesu produkcyjnego mogą zawierać nadmiar krzemu lub węgla lub zawierać niewielką ilość tlenu. W stosunku do włókien organicznych i niektórych włókien ceramicznych, włókna z węglika krzemu charakteryzują się dużą sztywnością, dużą wytrzymałością na rozciąganie, niską wagą, wysoką odpornością chemiczną, wysoką tolerancją temperaturową [ wątpliwe ] i niską rozszerzalność cieplną. (ref.) Te właściwości sprawiły, że włókno z węglika krzemu stało się wyborem dla części gorących w następnej generacji turbin gazowych, np. silnika LEAP firmy GE (General Electric).
Produkcja
Istnieje kilka podejść produkcyjnych do wytwarzania włókien z węglika krzemu. Ten z najdłuższym historycznym doświadczeniem, wynaleziony w 1975 roku i nazwany procesem Yajima, wykorzystuje ciekły polimer przedceramiczny, który jest wtryskiwany przez dyszę przędzalniczą w celu wytworzenia zestalonych zielonych (niewypalonych) włókien, które przechodzą przez szereg etapów przetwarzania, w tym znaczny czas w piecach wysokotemperaturowych w celu przekształcenia polimeru w pożądany skład chemiczny SiC. Włókna te mają zwykle średnicę mniejszą niż 20 mikronów i są dostarczane w postaci skręconych kabli zawierających ponad 300 włókien. Kilka firm stosuje pewne odmiany tej techniki, w tym Nippon Carbon (Japonia), Ube Industries (Japonia) i konsorcjum NGS (USA) [ potrzebne źródło ] .
Drugie podejście wykorzystuje chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) w celu utworzenia węglika krzemu na centralnym rdzeniu z innego materiału, gdy rdzeń przechodzi przez reaktor wysokotemperaturowy. Opracowany przez firmę Textron (obecnie Specialty Materials Inc. z siedzibą w Massachusetts) ponad 40 lat temu osad węglika krzemu powstały w wyniku reakcji CVD w fazie gazowej gromadzi się na rdzeniu węglowym o kolumnowej mikrostrukturze. Włókno, sprzedawane jako rodzina produktów SCS, ma stosunkowo dużą średnicę, mierzącą od około 80 do 140 mikronów.
Laser-driven CVD (LCVD) to pokrewne podejście wykorzystujące wiele wiązek laserowych jako źródło energii do wywołania reakcji w fazie gazowej, z istotną różnicą, że włókna są hodowane w stanie uformowanym, a nie na jakiejkolwiek strukturze rdzenia. Włókna LCVD są wytwarzane w układzie równoległym, ponieważ każda wiązka laserowa odpowiada osadzonemu włóknu, z szybkością wzrostu w zakresie od 100 mikronów do ponad 1 milimetra na sekundę i średnicą włókien w zakresie od 20 do 80 mikronów. Firma Free Form Fibers z siedzibą w stanie Nowy Jork rozwija technologię LCVD od 10 lat.
Stosowanie
Prawie całość produkowanych włókien z węglika krzemu jest stosowana jako materiał wzmacniający włókna w kompozytach ceramicznych. Większość jest wykorzystywana do produkcji kompozytów z osnową metaliczną , takich jak kompozyty aluminiowe, tytanowe lub molibdenowe. Mogą być również wykorzystywane do wytwarzania różnych kompozytów z osnową ceramiczną, takich jak SiC/SiC , kompozyt wysokotemperaturowy stosowany w przemyśle lotniczym.