Волокна из карбида кремния - Википедия - Silicon carbide fibers

Эта статья о рыхлой или тканой нити из карбида кремния. Для жесткого композиционного материала из карбидокремниевого волокна, используемого в аэрокосмической и других областях, см. Композит с керамической матрицей.

Волокна карбида кремния волокна диапазон от 5[1]–150[2] микрометры в диаметре и состоит в основном из Карбид кремния молекулы. В зависимости от производственного процесса они могут иметь избыток кремния или углерода или небольшое количество кислорода. По сравнению с органическими волокнами и некоторыми керамическими волокнами волокна из карбида кремния обладают высокой жесткостью,[2] высокая прочность на разрыв,[2] малый вес, высокая химическая стойкость, устойчивость к высоким температурам[сомнительный – обсуждать] и низкое тепловое расширение. (refs) Эти свойства сделали волокно из карбида кремния выбором для компонентов горячей секции в газовых турбинах следующего поколения, например то Двигатель LEAP[3] от GE (General Electric).[4]

Существует несколько производственных подходов к изготовлению волокон из карбида кремния.[5][6] Тот, у кого самый большой исторический опыт, был изобретен в 1975 году и называется процессом Ядзима,[7] использует прекерамический жидкий полимер, который вводится через фильеру для получения затвердевших сырых (необожженных) волокон, которые проходят ряд этапов обработки, включая значительное время в высокотемпературных печах для преобразования полимера в требуемый химический состав SiC. Эти волокна обычно меньше 20 микрон в диаметре.[1] и поставляется в виде скрученных жгутов, содержащих более 300 волокон. Некоторые компании используют некоторые варианты этой техники, в том числе Nippon Carbon (Япония), Ube Industries (Япония) и консорциум NGS (США).[нужна цитата ].

Второй подход использует химическое осаждение из паровой фазы (CVD) для образования карбида кремния на центральной сердцевине из разнородного материала, когда сердцевина проходит через высокотемпературный реактор. Разработано Textron[1] (теперь Specialty Materials Inc. находится в Массачусетсе.[8]) более 40 лет назад отложения карбида кремния, образовавшиеся в результате реакции газофазного CVD, накапливались на углеродном ядре с столбчатой ​​микроструктурой.[1] Волокно, продаваемое как семейство продуктов SCS, имеет относительно большой диаметр, примерно от 80 до 140 микрон.[1]

CVD с лазерным управлением (LCVD) - это родственный подход, использующий несколько лазерных лучей в качестве источника энергии для инициирования газофазной реакции, с той существенной разницей, что волокна выращиваются как сформированные, а не на какой-либо структуре сердцевины.[9],[10],[11]. Волокна LCVD изготавливаются в параллельном порядке, поскольку каждый лазерный луч соответствует осажденному волокну со скоростью роста от 100 микрон до более 1 миллиметра в секунду и диаметром волокна от 20 до 80 микрон. Компания Free Form Fibers, базирующаяся в северной части штата Нью-Йорк, разрабатывала технологию LCVD в течение последних 10 лет.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Справочник по композитным материалам (CMH-17) Том 5, Композиты с керамической матрицей; опубликовано SAE International, 2017 (из главы 3.2) https://www.library.ucdavis.edu/wp-content/uploads/2016/12/HDBK17-5.pdf
  2. ^ а б c https://www.library.ucdavis.edu/wp-content/uploads/2017/03/HDBK17-3F.pdf раздел 2.4.1.6
  3. ^ "Композиты с керамической матрицей летят в реактивном двигателе LEAP | ORNL". Ornl.gov. 2017-01-03. Получено 2018-03-30.
  4. ^ Веб-сайт CFM, совместного предприятия по производству двигателей LEAP (GE и Saffran Aircraft Engines), https://www.cfmaeroengines.com/engines/leap/
  5. ^ "Как связать волокна карбида кремния | Американское керамическое общество". Ceramics.org. 2012-07-03. Дои:10.1002 / adem.201100192. Получено 2018-03-30.
  6. ^ «Свойства материала карбида кремния SiC». Accuratus.com. Получено 2018-03-30.
  7. ^ 4 052 430 долл. США, Ядзима, Сейши; Джосабуро Хаяси и Мамору Омори, "Способ производства кремнийорганических высокомолекулярных соединений, содержащих кремний и углерод в качестве основных компонентов скелета, и указанные кремнийорганические высокомолекулярные соединения", выпущен 1977-10-04 
  8. ^ "Specialty Materials, Inc. - История". Specmaterials.com. Получено 2018-03-30.
  9. ^ Максвелл, Джеймс и Чавес, Крейг и У. Спрингер, Роберт и Маскали, Карлин и Гудин, Дэн. (2007). «Подготовка сверхтвердых волокон BxCy с помощью гипербарического лазерного химического осаждения из газовой фазы в микровихревом потоке», Diamond and Related Materials v 16. pp. 1557-1564
  10. ^ Т. Валленбергер, Фредерик и К. Нордин, Пол и Боман, Матс. (1994). «Неорганические волокна и микроструктуры непосредственно из паровой фазы». Composites Science and Technology v 51. pp. 193-212.
  11. ^ Максвелл, Джеймс и Боман, Матс и У Спрингер, Роберт и Нараян, Джайкумар и Гнанавелу, Сайпрасанна. (2006). «Гипербарическое лазерное химическое осаждение из газовой фазы углеродных волокон из 1-алкенов, 1-алкинов и бензола». Журнал Американского химического общества v 128. pp. 4405-4413