Познавање класификације и употребе керамичких влакана

Порозни изолациони материјал од керамичких влакана може да формира стабилну структуру са само малом количином материјала (влакана). У поређењу са изолационим материјалом од керамичких пора, изолациони материјал од керамичких влакана је лаган, порозан, има малу топлотну проводљивост и специфични топлотни капацитет. Велике карактеристике и могу да поднесу врло велика оптерећења. Овај материјал се користи у многим областима као што су одвајање филтрације, топлотна изолација, биомедицина и композитни материјали. Структура за термичку заштиту за вишекратну употребу коју представљају материјали од керамичких влакана широко се користи у систему топлотне заштите различитих напредних авиона код куће и у иностранству и има важну вредност примене и перспективе развоја.

Керамичка влакна могу се поделити у две категорије: неоксидна керамичка влакна (као што су СиЦ влакна, Ц влакна) и оксидна (укључујући композитни оксид) керамичка влакна (као што су алуминијумска силикатна влакна, Ал2О3 влакна).

1. Неоксидна керамичка влакна

2. Влакна силицијум-карбида. Силицијум карбид (СиЦ), познат као силицијум карбид и угљеник силицијум диоксид, синтетичко је једињење које је ковалентно повезано. Може се припремити хемијским таложењем испарења, карботермалном редукцијом, синтеровањем праха и претварањем прекурсора. Чисти силицијум-карбид је безбојан и прозиран, а силицијум-карбид који се користи у индустрији често је светло зелен или црн јер садржи слободно гвожђе, силицијум, угљеник и друге нечистоће.

   Будући да силицијум-карбид има добре карактеристике високе температуре, као што су отпорност на оксидацију, чврстоћа и стабилност на високој температури, добра топлотна проводљивост, мала густина, низак коефицијент ширења и мало пузање, може се користити као комора за сагоревање код високотемпературних гасних турбина. Млазнице за високу температуру, лопатице турбине итд. Због високе топлотне проводљивости и добрих изолационих својстава, силицијум-карбид се може користити као измењивач топлоте при високим температурама у металуршким индустријским пећима, као и подлога и амбалажни материјали за велике интегрисане кругове . Захваљујући високој тврдоћи, отпорности на хабање и отпорности на корозију на киселине и алкалије, механички заптивни материјали попут клизних лежајева, дискова вентила, лопатица вентилатора и цеви отпорних на корозију могу се припремити у машинској и хемијској индустрији.

   Силицијум-карбид има не само добра физичка својства, већ и одлична хемијска својства. У атмосфери без кисеоника, само 5% силицијума је било у гасној фази на површини силицијум карбида у 2300℃. Међутим, када је силицијум-карбид био изложен кисеонику на 1000℃, површина је почела да оксидира, али је силицијум карбид могао да формира заштитни филм СиО2 да спречи наставак реакције оксидације.

3. Угљенично влакно. Угљенична влакна се односе на влакнасти угљенични материјал који се загрева на 1000°Ц или више од органског влакна у инертном гасу да би се створио влакнасти угљенични материјал са садржајем угљеника од 90% или више. Угљенична влакна су нова врста неорганских материјала густине 1,5-2г / цм3, што је 1/4 густине челика, 1/2 густине легуре алуминијума и 4 пута до 5 пута јаче од челика. Коефицијент топлотног ширења је мали, а отпорност на топлотни удар добра. Изненада пада са високе температуре од неколико хиљада степени Целзијуса на нормалну температуру и не пуца, а има добру подмазивост и електричну проводљивост. Угљенична влакна су хемијски слична угљенику, инертна су до опште алкалности и не крче се на температурама течног азота. У окружењу без кисеоника, чак и на високој температури од 3000℃, не топи се, већ у ваздушној атмосфери, када је температура виша од 400℃, долази до значајне оксидације и стварају се ЦО и ЦО 2. Стога, угљенична влакна могу у великој мери смањити структурну тежину компоненте и побољшати техничке перформансе, чинећи је широко употребљеном у ваздухопловним возилима.

   У зависности од коришћених сировина, угљенична влакна могу се класификовати у угљенична влакна на бази полиакрилонитрила, угљенична влакна на бази смоле, угљенична влакна на бази целулозе и карбонска влакна на бази фенолних киселина. Најчешће коришћена карбонска влакна су полиакрилонитрилна карбонска влакна и смоласта карбонска влакна.

4. Оксидна керамичка влакна

5. Алуминијумско силикатна влакна. Облик и боја алуминијумских силикатних влакана слична су памуку. То је аморфно керамичко влакно које се углавном састоји од глинице и силицијум-диоксида, а понекад садржи малу количину гвожђе-оксида, титан-диоксида, калцијум-оксида и слично. Према саставу супстанце и садржају може се поделити у четири категорије: стандардна (обична) алуминијумска силикатна влакна, алуминијумска силикатна влакна високе чистоће, алуминијумска силикатна влакна високе чистоће која садрже алуминијум и цирконијумова алуминосиликатна влакна високе чистоће . Садржај компонената приказан је у табели 1-2.

   Алуминијумско силикатно влакно има пречник 1-10μм и дужину 5-25цм. Има добру температурну отпорност, топлотну изолацију и апсорпцију звука, има мало складиштења топлоте, ниску топлотну проводљивост и јаку отпорност на механичке вибрације. Радна температура може досећи 1200 ° Ц. Густина је само 0,096-0,128 г / цм3. Након додавања ЦрО2, с обзиром да ЦрО2 спречава таложење кристала и раст на контактном делу између влакана, отпор влакна на високу температуру при скупљању може се побољшати, а употребна температура достиже 1400 ° Ц. Композитни материјал од алуминијумских силикатних влакана може се направити у облику тепиха, филца, папира и плоче. Широко се користи у топлотној изолацији термоенергетске опреме као што су хемијска индустрија и машине, као и топлотни изолациони слој делова ракетних мотора.

6. Кварцна влакна. Кварцно влакно се односи на специјална силикатна стаклена влакна високе чистоће са садржајем магацина мањим од 0,1% и пречником влакана од 0,7-15 μм. Има високу отпорност на топлоту, дуготрајну стабилну температуру употребе од 1050 ° Ц и тренутну температурну отпорност до 1700 ° Ц. Поред тога, кварцна влакна имају отпорност на корозију, високу чврстоћу на високој температури, димензионалну стабилност, добру отпорност на топлотни удар , висока хемијска стабилност и изврсна својства електричне изолације, диелектрична константа и диелектрични губици. Коефицијент је најбољи међу свим минералним влакнима и много је јефтинији за производњу од силицијум-карбидних влакана. Стога, кварцна влакна имају важну употребу у одбрамбеној војној и ваздухопловној индустрији и могу се користити за производњу ваздухопловних система термичке заштите.

   Кварцна влакна класификују се у непрекинута кварцна стаклена влакна и кварцну стаклену вуну. Континуирано кварцно стаклено влакно односи се на дуго влакно добијено повлачењем спољне силе након што се кварцно стакло истопи. Генерално, пречник монофиламента је 3-10 μм и може се прерадити у предиво, тканину и слично од кварцних стаклених влакана. Кварцна стаклена вуна односи се на неку врсту дугих и кратких кварцних стаклених влакана добијених дувањем кварцне стаклене талине струјањем ваздуха под високим притиском, а њен облик је лепршав, сличан вати. Генерално, ултрафини памук, чији је пречник влакана мањи од 3 μм, назива се финим памуком пречника 3-5 μм.

7. Мулитно влакно. Мулит је једино бинарно једињење које може бити стабилно присутно при нормалној температури и притиску у бинарном систему силицијум-диоксида и глинице. Хемијска формула је 3Ал2О3·2СиО2, а његов фазни дијаграм је приказан на слици 1.

   Слика 1 Дијаграм фазе мулитног материјала

   Мулитно влакно је поликристално влакно са главном кристалном фазом мулитних кристалита. То је једина стабилна фаза у бинарном систему силицијум-диоксида и глинице. Његова активност је слаба, а способност рекристализације слаба. Камена влакна имају добру отпорност на високе температуре и могу се користити до 1500℃. Међутим, када је температура виша од 1500℃, зрно ће расти и изгубити механичка својства високе температуре. Када температура достигне око 1830℃, Брзо ће се разградити у глиницу и течну фазу. Мулитно влакно се равномерно шири загревањем, има одличну стабилност отпорности на топлотни удар, ниску топлотну проводљивост, није лако пузати при високој температури и може не само да одржи добру еластичност, већ има и мало скупљање, а сам материјал има добру хемијску стабилност . Није подложан корозији, па се широко користи у разним високотемпературним производима и системима топлотне заштите као нови ултралаки високотемпературни материјал отпоран на топлоту. Међутим, механичке особине мулитних влакана при нормалној температури нису добре, што је постало главна препрека практичној употреби материјала.

8. Алумина влакна. Алумина влакна су врста поликристалних керамичких влакана која имају многе облике попут дугих влакана, кратких влакана и бркова. Углавном садржи Ал2О3, а понекад садржи и одређену количину адитива као што су силицијум диоксид, бор нитрид, циркониј, гвожђе оксид, магнезијум оксид и слично. Алуминијев оксид има пречник од 10-20 μм и густину од 2,7-4,2 г / цм3 и има висока механичка својства, затезну чврстоћу од 1,4-2,45 ГПа и затезни модул од 190-385 ГПа.

   Има добру хемијску отпорност, отпорност на оксидацију, отпорност на високе температуре, високу хемијску стабилност и низак коефицијент топлотног ширења, тачка топљења од 2050 ° Ц, може се дуго користити на 1500 ° Ц.

Кратка влакна од глинице углавном се користе за изолационе материјале са високом температуром, дуга влакна се користе за ојачавање композитних материјала, а бркови имају високу чврстоћу и нека посебна магнетна, електрична и оптичка својства, која се користе у функционалним материјалима. Алумина влакна имају добру површинску активност и лако се комбинују са основним материјалима попут метала и керамике. У комбинацији са високом температуром употребе, широко се користи у општем индустријском и високотехнолошком пољу. Може се користити у пећима са високом температуром и термотехници. Опрема, нуклеарни реактори и термоизолациони материјали за свемирски брод. Сједињене Државе користе алуминијева влакна као изолационе плоче на Спаце Схуттле-у Цолумбиа. Када свемирски брод лети у атмосфери, изолациони панели спречавају улазак топлоте у топлотни штит кроз размак између изолационих панела. Алумина влакна имају важан стратешки значај и велику комерцијалну вредност у војној и ваздухопловној индустрији, привлачећи многе земље да уложе много радне снаге, материјалних ресурса и финансијских средстава за истраживање и развој и употребу. Међутим, алуминијева влакна имају високу густину и високу топлотну проводљивост, што ограничава његову даљу примену.