Главная > Знания > Содержание

Знание классификации и использования керамических волокон


Пористый изоляционный материал из керамического волокна может образовывать стабильную структуру только с небольшим количеством материала (волокна). По сравнению с керамическим материалом для изоляции пор, изоляционный материал из керамического волокна является легким, пористым, с низкой теплопроводностью и удельной теплоемкостью. Обладает большими характеристиками и может выдерживать очень высокие нагрузки. Этот материал используется во многих областях, таких как разделение фильтров, теплоизоляция, биомедицина и композитные материалы. Многоразовая структура тепловой защиты, представленная керамическим волокном, широко используется в системе тепловой защиты различных современных самолетов в стране и за рубежом и имеет важное прикладное значение и перспективы развития.

Керамические волокна можно разделить на две категории: неоксидные керамические волокна (такие как волокна SiC, волокна C) и оксидные (включая композитный оксид) керамические волокна (такие как волокна силиката алюминия, волокна Al2O3).

  1. Неоксидное керамическое волокно

  2. Волокно из карбида кремния. Карбид кремния (SiC), широко известный как карбид кремния и углерод-диоксид кремния, представляет собой синтетическое соединение с ковалентной связью. Его можно получить путем химического осаждения из паровой фазы, карботермического восстановления, спекания порошка и превращения прекурсора. Чистый карбид кремния бесцветен и прозрачен, а используемый в промышленности карбид кремния часто имеет светло-зеленый или черный цвет, поскольку он содержит свободное железо, кремний, углерод и другие примеси.

    Поскольку карбид кремния обладает хорошими высокотемпературными характеристиками, такими как стойкость к окислению, высокая термостойкость и стабильность, хорошая теплопроводность, низкая плотность, низкий коэффициент расширения и низкий коэффициент ползучести, его можно использовать в качестве камеры сгорания для высокотемпературных газовых турбин. Высокотемпературные сопла, турбинные лопатки и т. Д. Благодаря высокой теплопроводности и хорошим изоляционным свойствам карбид кремния может использоваться в качестве высокотемпературного теплообменника в металлургических промышленных печах, а также в качестве подложек и упаковочных материалов для крупных интегральных схем . Благодаря высокой твердости, износостойкости и стойкости к кислотной и щелочной коррозии материалы для механических уплотнений, такие как подшипники скольжения, диски клапанов, лопасти вентилятора и коррозионно-стойкие трубы, могут быть изготовлены в механической и химической промышленности.

    Карбид кремния имеет не только хорошие физические свойства, но и отличные химические свойства. В безкислородной атмосфере только 5% кремния содержалось в газовой фазе на поверхности карбида кремния при 2300 ° С.. Однако, когда карбид кремния подвергался воздействию кислорода при 1000, поверхность начала окисляться, но карбид кремния мог образовывать защитную пленку SiO2, предотвращающую продолжение реакции окисления.

  3. Углеродное волокно. Углеродное волокно относится к волокнистому углеродному материалу, который нагревается до 1000°C или выше с помощью органического волокна в инертном газе с образованием волокнистого углеродного материала с содержанием углерода 90% или более. Углеродное волокно - это новый тип неорганического материала с плотностью 1,5-2 г / см3, что составляет 1/4 плотности стали, 1/2 плотности алюминиевого сплава и в 4-5 раз прочнее стали. Коэффициент теплового расширения невелик, а сопротивление тепловому удару хорошее. Он внезапно падает с высокой температуры в несколько тысяч градусов по Цельсию до нормальной температуры, не лопается, обладает хорошей смазывающей способностью и электропроводностью. Углеродные волокна химически похожи на углерод, инертны к общей щелочности и не охрупчиваются при температурах жидкого азота. В безкислородной среде даже при высокой температуре 3000, не плавится, но в воздушной атмосфере при температуре выше 400происходит значительное окисление и образуются CO и CO 2. Таким образом, углеродное волокно может значительно снизить конструктивный вес компонента и улучшить технические характеристики, что делает его широко используемым в аэрокосмических транспортных средствах.

    В зависимости от используемого сырья углеродные волокна можно разделить на углеродные волокна на основе полиакрилонитрила, углеродные волокна на основе пека, углеродные волокна на основе целлюлозы и углеродные волокна на основе фенола. Наиболее распространенными углеродными волокнами являются полиакрилонитрильные углеродные волокна и пековые углеродные волокна.

  4. Оксидное керамическое волокно

  5. Алюминиево-силикатное волокно. По форме и цвету алюмосиликатное волокно похоже на хлопок. Это аморфное керамическое волокно, в основном состоящее из оксида алюминия и кремнезема, а иногда и содержащее небольшое количество оксида железа, диоксида титана, оксида кальция и т.п. По составу вещества и содержанию его можно разделить на четыре категории: стандартное (обычное) алюмосиликатное волокно, алюмосиликатное волокно высокой чистоты, алюмосиликатное волокно высокой чистоты, содержащее алюминий, и алюмосиликатное волокно высокой чистоты. . Содержание компонентов показано в Таблице 1-2.

    Алюминиево-силикатное волокно имеет диаметр 1-10 мкм и длину 5-25 см. Он имеет хорошую термостойкость, теплоизоляцию и звукопоглощение, а также низкую теплоотдачу, низкую теплопроводность и высокую устойчивость к механической вибрации. Температура эксплуатации может достигать 1200 ° C. Плотность всего 0,096-0,128 г / см3. После добавления CrO2, поскольку CrO2 предотвращает осаждение и рост кристаллов на участке контакта между волокнами, стойкость волокна к высокотемпературной усадке может быть улучшена, и температура использования достигает 1400 ° C. Из композитного материала из алюмосиликатного волокна можно придать форму ковра, войлока, бумаги и тарелки. Он широко используется в теплоизоляции теплоэнергетического оборудования, например, в химической промышленности и машиностроении, а также в теплоизоляционном слое деталей ракетных двигателей.

  6. Кварцевое волокно. Кварцевое волокно относится к специальному стекловолокну из кварцевого стекла высокой чистоты с содержанием магазина менее 0,1% и диаметром волокна 0,7-15 мкм. Он обладает высокой термостойкостью, длительной стабильной температурой использования 1050 ° C и мгновенной термостойкостью до 1700 ° C.Кроме того, кварцевое волокно обладает коррозионной стойкостью, высокой прочностью при высоких температурах, стабильностью размеров, хорошей термостойкостью. , высокая химическая стабильность, отличные электроизоляционные свойства, диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери. Этот коэффициент является лучшим среди всех минеральных волокон и намного дешевле в производстве, чем волокна из карбида кремния. Таким образом, кварцевое волокно находит важное применение в оборонной, военной и аэрокосмической промышленности и может быть использовано для производства систем тепловой защиты в авиакосмической отрасли.

    Кварцевые волокна подразделяются на непрерывные волокна из кварцевого стекла и кварцевую стекловату. Непрерывное волокно из кварцевого стекла относится к длинному волокну, полученному путем приложения внешней силы после плавления кварцевого стекла. Обычно диаметр моноволокна составляет 3-10 мкм, и из него можно производить пряжу из кварцевого стекловолокна, ткань и т.п. Кварцевое стекловолокно относится к разновидности длинного и короткого кварцевого стекловолокна, полученного путем выдувания расплава кварцевого стекла потоком воздуха под высоким давлением, и его форма пушистая, похожая на вату. Обычно ультратонкий хлопок с диаметром волокна менее 3 мкм называется тонким хлопком диаметром 3-5 мкм.

  7. Муллитовое волокно. Муллит - единственное бинарное соединение, которое может стабильно присутствовать при нормальной температуре и давлении в бинарной системе диоксида кремния и оксида алюминия. Химическая формула 3Al2O3·2SiO2, а его фазовая диаграмма показана на рисунке 1.

    Рисунок 1 Фазовая диаграмма муллитового материала

    Муллитовое волокно представляет собой поликристаллическое волокно с основной кристаллической фазой кристаллитов муллита. Это единственная стабильная фаза в двойной системе кремнезема и оксида алюминия. Его активность низкая, и его способность к перекристаллизации низкая. Каменное волокно обладает хорошей термостойкостью и может использоваться до 1500 ° C.. Однако при температуре выше 1500, зерно будет расти и терять свои высокотемпературные механические свойства. Когда температура достигнет около 1830, Быстро разлагается на оксид алюминия и жидкую фазу. Муллитовое волокно равномерно расширяется при нагревании, имеет отличную устойчивость к тепловому удару, низкую теплопроводность, нелегко ползать при высокой температуре и может не только сохранять хорошую эластичность, но и иметь небольшую усадку, а сам материал имеет хорошую химическую стабильность. . Он не подвержен коррозии, поэтому широко используется в различных высокотемпературных изделиях и системах термозащиты в качестве нового сверхлегкого высокотемпературного термостойкого волокнистого материала. Однако механические свойства муллитового волокна при нормальных температурах невысоки, что стало серьезным препятствием для практического использования материала.

  8. Глиноземное волокно. Волокно из оксида алюминия - это разновидность поликристаллического керамического волокна, которое имеет множество форм, таких как длинное волокно, короткое волокно и усы. В основном он содержит Al2O3, а иногда и некоторое количество добавок, таких как диоксид кремния, нитрид бора, диоксид циркония, оксид железа, оксид магния и тому подобное. Волокно из оксида алюминия имеет диаметр 10-20 мкм и плотность 2,7-4,2 г / см3, а также высокие механические свойства, предел прочности на разрыв 1,4-2,45 ГПа и модуль упругости при растяжении 190-385 ГПа.

    Обладает хорошей химической стойкостью, стойкостью к окислению, высокой температурной стойкостью, высокой химической стабильностью и низким коэффициентом теплового расширения, температурой плавления 2050 ° C, может использоваться при 1500 ° C в течение длительного времени.

Короткие волокна из оксида алюминия в основном используются для высокотемпературных изоляционных материалов, длинные волокна используются для армирования композиционных материалов, а усы имеют высокую прочность и некоторые особые магнитные, электрические и оптические свойства, которые используются в функциональных материалах. Волокно из оксида алюминия имеет хорошую поверхностную активность и его легко смешивать с основными материалами, такими как металл и керамика. В сочетании с высокой температурой использования он широко используется в общепромышленных и высокотехнологичных областях. Может использоваться в высокотемпературных печах и теплотехнике. Оборудование, ядерные реакторы и теплоизоляционные материалы для космических кораблей. Соединенные Штаты используют глиноземные волокна в качестве изоляционных панелей на космическом шаттле «Колумбия». Когда космический челнок летит в атмосфере, изоляционные панели предотвращают попадание тепла в тепловой экран через зазор между изоляционными панелями. Глиноземное волокно имеет важное стратегическое значение и большую коммерческую ценность в военной и аэрокосмической отраслях, что привлекает многие страны для инвестирования большого количества рабочей силы, материальных ресурсов и финансовых ресурсов для исследований, разработок и использования. Однако алюмооксидное волокно имеет высокую плотность и высокую теплопроводность, что ограничивает его дальнейшее применение.

Sep 04, 2020