Poznavanje klasifikacije i upotrebe keramičkih vlakana

Keramička vlakna porozni izolacijski materijal može formirati stabilnu strukturu sa samo malom količinom materijala (vlakana). U odnosu na keramičku poru izolacijski materijal, izolacijski materijal keramičkih vlakana je lagan, porozan, nizak u toplinskoj provodljivosti i specifičan toplotni kapacitet. Velike osobine i mogu izdržati vrlo velika tereta. Ovaj materijal je korišten u mnogim poljima kao što su odvajanje filtracije, toplinska izolacija, biomedicina i komporitni materijali. Konstrukcija toplinske zaštite koju je moguće više koristiti, a koju predstavlja materijal od keramičkih vlakana, široko se koristi u sistemu toplinske zaštite različitih naprednih aviona u domovini i inostranstvu, te ima važnu vrijednost primjene i razvojne izglede.

Keramička vlakna se mogu podijeliti u dvije kategorije: neoksidna keramička vlakna (kao što su SiC vlakna, C vlakna) i oksid (uključujući kompozni oksid) keramička vlakna (kao što su aluminijum silikatna vlakna, Al2O3 vlakna).

1. Neoksidna keramička vlakna

    

2. Silicija karbide vlakna. Silicij karbid (SIC), poznat kao silicij karbid i ugljik-silicij, je sintetički spoj koji je kovalentno vezan. Može se pripremiti hemijskim taloženjem pare, karbotermalnom redukcijom, sinteringom u prahu i prekursorskom konverzijom. Čisti silicijan karbid je bezbojan i prozirni, a silicijan karbid koji se koristi u industriji često je svijetlozelen ili crn jer sadrži slobodno željezo, silicija, ugljika i druge nečistoće.

    

   Pošto silicijum karbide ima dobre visoke temperaturne karakteristike, kao što su otpornost na oksidaciju, visoka temperaturna snaga i stabilnost, dobra toplinska provodljivost, niska gusta, niski koeficijent širenja i niska puzavica, može se koristiti kao komora za sagorijevanje za visokotemeraturne plinske turbine. Visokotemeraturne snoznice, turbinske oštrice itd. Zbog visoke toplinske provodljivosti i dobrih izolacijske osobine, silicijum karbide se može koristiti kao visokotemeraturni izmjenjivač topline u metalurškim industrijskim pećima, kao i supstrati i materijali za ambalažu za integrisana kola velikih razmjera. Svojom visokom tvrdoćom, otpornošću na hlađenje i otpornost na koroziju kiseline i alkalne korozije, u mehaničkoj i hemijskoj industriji mogu se pripremiti mehanički materijali za brtljenje kao što su klizajući kreveti, diskovi ventila, ventilatorski oštrice i cijevi otporne na koroziju.

   Silicijan karbide nema samo dobra fizička svojstva, već i odlična hemijska svojstva. U atmosferi bez kisika, samo 5% silicija je bilo sadržano u plinskoj fazi na površini silicija karbita na 2300°C. Međutim, kada je silicijan karbid bio izložen kisiku na 1000°C, površina je počela da oksidira, ali silicijum karbid bi mogao da formira SiO2 zaštitni film kako bi sprečio nastavak oksidacione reakcije.

    

3. Karbonska vlakna. Karbonska vlakna se odnose na vlaknasto ugljikov materijal koji se zagrijava na 1000°C ili više organskim vlaknima u inert plinu da formira vlaknasto ugljikov materijal sa sadržajem ugljika od 90% ili više. Karbonska vlakna su nova vrsta anorganskog materijala sa gušću od 1,5-2g/cm3, što je 1/4 gušte čelika, 1/2 gušte aluminijske slivije, i 4 puta do 5 puta jače od čelika. Koeficijent toplotne ekspanzije je mali, a otpornost na toplotni šok je dobra. Iznenada pada sa visoke temperature od nekoliko hiljada stepeni Celzijusa na normalnu temperaturu i ne puca, te ima dobru lubričnost i električnu provodljivost. Ugljikova vlakna su hemijski slična ugljiku, inertna su općoj alkalnosti, i ne embritiraju pri temperaturama tekućih dušika. U okruženju bez kisika, čak i na visokoj temperaturi od 3000°C, ne topi se, nego u atmosferi zraka, kada je temperatura višu od 400°C, dolazi do značajne oksidacije, a co i CO 2 se generišu. Stoga, karbonska vlakna mogu umnogome smanjiti strukturnu težinu komponente i poboljšati tehničke performanse, što ga čini široko korištenim u zrakoplovnim vozilima.

    

   U zavisnosti od korištenih sirovina, karbonska vlakna se mogu klasificirati u ugljikova vlakna na bazi poliaklilonitrila, ugljičnih vlakana na bazi pitcha, ugljikova vlakna na bazi celuloz i karbonska vlakna na bazi fenola. Najčešće korištena karbonska vlakna su poliaklilonitrila ugljikova vlakna i mrkvu karbonska vlakna.

    

4. Oksid keramička vlakna

    

5. Aluminijum silikatna vlakna. Oblik i boja aluminijum silikatnih vlakana je sličan onoj od pamuka. To je amorfno keramičko vlakno uglavnom sačinjeno od alumine i silikata, a ponekad sadrži malu količinu željeza oksida, titanij dioksida, kalcij-oksida i sličnog. Prema sastavu supstance i sadržaju, može se podijeliti u četiri kategorije: standardna (obična) aluminijum silikatna vlakna, visokočistoća aluminijum silikatna vlakna, aluminijska vlakna koja sadrže visoko-čistoću i aluminijska vlakna visoke čistoće. Sadržaj komponenti prikazan je u tabeli 1-2.

   Aluminijska silikatna vlakna imaju promjer 1-10μm i dužinu od 5-25cm. Ima dobru temperaturnu otpornost, toplotnu izolaciju i apsorpciju zvuka, te ima nisko skladištenje toplote, nisku toplinsku provodljivost i jaku otpornost na mehaničke vibracije. Temperatura usluge može dostići 1200°C. Denzitet je samo 0,096-0,128g/cm3. Nakon dodavanja CrO2, pošto CrO2 sprečava kristalne padavine i rast na kontaktnoj porciji između vlakana, visokotemeraturna otpornost na skupljanje vlakana se može poboljšati, a temperatura upotrebe dostiže 1400 °C. Aluminijski silikatni kompozni materijal od vlakana može se napraviti u obliku tepiha, osjetila, papira i ploče. U širokoj je upotrebi u toplinskoj izolaciji opreme za toplinsku energiju kao što su hemijska industrija i mašinerija, te toplinsko izolacijski sloj dijelova raketnog motora.

    

6. Kvarcna vlakna. Kvarcna vlakna se odnose na specijalna silicijska vlakna visoke čistoće sa sadržajem časopisa manjeg od 0,1% i promjerom vlakana od 0,7-15 μm. Ima visoku otpornost na toplotu, dugoročnu stabilnu temperaturu upotrebe od 1050 ° C, i instant temperaturnu otpornost do 1700 ° C.In osim toga, kvarcna vlakna imaju otpornost na koroziju, održavanje visoke jačine pri visokoj temperaturi, dimenzionalnu stabilnost, dobru otpornost na toplotni šok, visoku hemijsku stabilnost i odlična svojstva električne izolacije, dielektričnu konstantu i dielektrični gubitak. Koeficijent je najbolji među svim mineralnim vlaknima i mnogo je jeftiniji za proizvodnju od silicija karbitnih vlakana. Stoga kvarcna vlakna imaju važnu upotrebu u vojnoj i zrakoplovnoj industriji odbrane i mogu se koristiti za proizvodnju zrakoplovnih sustava toplinske zaštite.

    

   Kvarcna vlakna se klasificiraju u neprekidna kvarcna staklena vlakna i kvarcnu staklenu vunu. Kontinuirano kvarcno stakleno vlakno odnosi se na dugo vlakno dobiveno crtajući vanjsku silu nakon topljenja kvarcnog stakla. Općenito, promjer monofilamenta je 3-10 μm, a može se prerađivati u kvarcno stakleno vlakno pređe, krpu i tako to. Kvarcna staklena vuna odnosi se na neku vrstu dugih i kratkih kvarcnih staklenih vlakana dobivenih puhajući kvarcnim staklenim rastopljenjem visokotlačnom vunom, a oblik mu je pahuljasti, sličan vati. Općenito, ultrafini pamuk, koji ima promjer vlakana manji od 3 μm, naziva se fini pamuk promjera 3-5 μm.

    

7. Mullite vlakna. Mulit je jedini binarni spoj koji može biti stabilan pri normalnoj temperaturi i pritisku u binarnom sistemu silika i alumina. Hemijska formula je 3Al2O3·2SiO2, a njegov fazni dijagram je kao što je prikazano na 1.

   Prikaz 1 Mullite materijal fazni dijagram

   Mulitno vlakno je poliklistalno vlakno sa glavnom kristalnom fazom mulitnih kristala. To je jedina stabilna faza u binarnom sistemu silika i alumina. Njegova aktivnost je niska i njegova sposobnost rekrystalizacije je loša. Kamena vlakna imaju dobru visoku temperaturnu otpornost i mogu se koristiti do 1500°C. Međutim, kada je temperatura višu od 1500°C, žito će rasti i izgubiti svoja visoka temperaturna mehanička svojstva. Kada temperatura dostigne oko 1830.°C, Brzo će se raspasti u aluminu i tekuću fazu. Mulitno vlakno se ravnomjerno širi kada se zagrija, ima odličnu stabilnost toplinskog šoka, nisku toplinsku provodljivost, nije lako gmizati na visokoj temperaturi, i ne samo da može održavati dobru elastičnost, već ima i malo skupljanje, a sam materijal ima dobru hemijsku stabilnost. Nije podložna korozijama, pa se široko koristi u raznim visokotemperaturnim proizvodima i sistemima toplinske zaštite kao novi ultra-lagani visokotemperaturni materijal od toplotno otpornih vlakana. Međutim, normalna temperaturna mehanička svojstva mulitnih vlakana nisu dobra, što je postalo velika prepreka praktičnoj upotrebi materijala.

    

8. Alumina vlakna. Alumina vlakna je vrsta polikristalnih keramičkih vlakana, koja ima mnogo oblika kao što su duga vlakna, kratka vlakna i whisker. Uglavnom sadrži Al2O3, a ponekad sadrži određenu količinu dodataka kao što su silika, bor nitrid, cirkonija, željezo oksid, magnezij-oksid i slično. Vlakno od alumina ima promjer 10-20 μm i gušt od 2,7-4,2 g/cm3, i ima visoka mehanička svojstva, vlačna čvrstoća 1,4-2,45 GPa, te vlačni modul od 190-385 GPa.

    

   Ima dobru hemijsku otpornost, oksidacijsku otpornost, visoku temperaturnu otpornost, visoku hemijsku stabilnost i niski koeficijent toplinske ekspanzije, talište od 2050 ° C, može se koristiti na 1500 ° C dugo vremena.

    

Alumina kratka vlakna se uglavnom koriste za izolacijske materijale visoke temperature, duga vlakna se koriste za ojačavanje kompozitnih materijala, a brkovi imaju visoku snagu i neka posebna magnetska, električna i optička svojstva, koja se koriste u funkcionalnim materijalima. Alumina vlakna imaju dobru površinsku aktivnost i lako se mogu učlanjiti s baznim materijalima kao što su metal i keramika. U kombinaciji sa svojom visokom temperaturom upotrebe, široko se koristi u općim industrijskim i visokotehnološkim poljima. Može se koristiti u pećima visoke temperature i toplinskom inženjeringu. Oprema, nuklearni reaktori i toplinski izolacijski materijali za space shuttle. Sjedinjene Države koriste alumina vlakna kao izolacijski paneli na Space Shuttle Columbia. Kada space shuttle leti u atmosferi, izolacijske ploče sprečavaju ulazak toplotnog štita kroz jaz između izolacijske ploče. Alumina vlakna imaju važan strateški značaj i veliku komercijalnu vrijednost u vojnom i zrakoplovnom prostoru, privlačeći mnoge zemlje da ulože mnogo ljudstva, materijalnih resursa i finansijskih resursa za istraživanje i razvoj i iskoristivost. Međutim, vlakno od alumina ima visoku gust i visoku toplinsku provodljivost, što ograničava njegovu daljnju primjenu.