Teadmised klassifitseerimise ja kasutamise keraamilised kiud
Keraamiline kiud poorne isolatsiooni materjal võib moodustada stabiilse struktuuri vaid väikese koguse materjali (kiudaine). Võrreldes keraamilise pooride isolatsioonimaterjaliga on keraamiline kiuisolatsioonimaterjal kerge, poorne, madal soojusjuhtivus ja spetsiifiline soojusvõimsus. Suured omadused ja taluvad väga suuri koormusi. Seda materjali on kasutatud paljudes valdkondades, nagu filtreerimise eraldamine, soojusisolatsioon, biomeditsiin ja komposiitmaterjalid. Keraamilise kiumaterjaliga esindatavat korduvkasutatavat termilist kaitsestruktuuri kasutatakse laialdaselt erinevate kõrgtehnoloogiliste õhusõidukite termilisekaitse süsteemis nii kodus kui ka välismaal ning sellel on oluline rakendusväärtus ja arenguväljavaated.
Keraamilised kiud võib jagada kahte kategooriasse: mitteoksiidkeraamilised kiud (nagu SiC kiud, C kiud) ja oksiidi (sealhulgas komposiitoksiid) keraamilised kiud (nagu alumiiniumsilikaatkiud, Al2O3 kiud).
Mitteoksiidkeraamiline kiud
Ränikarbiidi kiud. Ränikarbiid (SiC), mida tuntakse ränikarbiidi ja süsinikräni, on sünteetiline ühend, mis on kovalentselt seotud. Seda saab valmistada keemilise auru sadestumise, karbotermilise redutseerimise, pulbri paajastamise ja lähteainete muundamise teel. Puhas ränikarbiid on värvitu ja läbipaistev ning tööstuses kasutatav ränikarbiid on sageli heleroheline või must, sest see sisaldab vaba rauda, räni, süsinikku ja muid lisandeid.
Kuna ränikarbiidil on head kõrgetemperatuurilised omadused, nagu oksüdatsioonikindlus, kõrge temperatuuritugevus ja stabiilsus, hea soojusjuhtivus, madal tihedus, madal paisumistegur ja madal room, võib seda kasutada kõrgetemperatuuriliste gaasiturbiinide põlemiskambrina. Kõrgetemperatuurilised düüsid, turbiinilabad jne. Tänu kõrgele soojusjuhtivusele ja headele isolatsiooniomadustele võib ränikarbiidi kasutada kõrgetemperatuurilise soojusvahetina metallurgilistes tööstusahjudes, samuti suuremahuliste integraallülituste substraatides ja pakkematerjalides. Kõrge kõvaduse, kulumiskindluse ja happe- ja leeliskorrosioonikindlusega saab mehaaniliste tihendusmaterjalidega, nagu liuglaagrid, ventiilikettad, ventilaatori labad ja korrosioonikindlad torud valmistada mehaanilistes ja keemiatööstuses.
Ränikarbiidil ei ole mitte ainult head füüsikalised omadused, vaid ka suurepärased keemilised omadused. Mittehapnikulises keskkonnas oli ränikarbiidi pinnal gaasifaasis 2300.℃. Kui aga ränikarbiid puutus kokku hapnikuga 1000℃, hakkas pind oksüdeerima, kuid ränikarbiid võib moodustada SiO2 kaitsekile, et vältida oksüdatsioonireaktsiooni jätkumist.
Süsinikkiust. Süsinikkiust viitab kiuline süsinikmaterjal, mis on kuumutatud 1000°C või kõrgem orgaanilise kiu inertgaasi moodustavad kiuline süsinikmaterjali süsinikusisaldus 90% või rohkem. Süsinikkiust on uut tüüpi anorgaaniline materjal tihedusega 1,5-2g/cm3, mis on 1/4 terase tihedusest, 1/2 alumiiniumisulami tihedusest ja 4 korda kuni 5 korda tugevam kui teras. Soojuspaisumise koefitsient on väike ja termiline löögikindlus on hea. See äkki langeb kõrge temperatuur mitu tuhat kraadi Celsiuse järgi normaaltemperatuurini ja ei lõhke, ja on hea määrdeja elektrijuhtivus. Süsinikkiud on keemiliselt sarnased süsiniku, on inertne üldise leeliselisuse, ja ei ebrittle vedela lämmastiku temperatuuridel. Mittehapniku keskkonnas, isegi kõrgel temperatuuril 3000℃, see ei sula, kuid õhu atmosfääris, kui temperatuur on kõrgem kui 400℃, toimub märkimisväärne oksüdatsioon ning tekitatakse CO ja CO 2. Seetõttu süsinikkiust võib oluliselt vähendada struktuuriline kaal osa ja parandada tehnilist jõudlust, mistõttu on laialdaselt kasutatud kosmosesõidukite.
Sõltuvalt kasutatud toorainest võib süsinikkiud klassifitseerida polüakrüülnitriilil baasil süsinikkiust, pigi-põhistest süsinikkiududest, tselluloosil põhinevatest süsinikkiududest ja fenoolpõhistest süsinikkiududest. Kõige tavalisem süsinikkiud, mida kasutatakse on polüakrüülnitriil süsinikukiud ja pigi süsinikkiust.
Keraamiline oksiid
Alumiiniumsilikaatkiud. Alumiiniumist silikaatkiu kuju ja värv on sarnane puuvilla kuju ja värviga. See on amorfne keraamiline kiud koosneb peamiselt alumiiniumoksiidi ja ränidioksiidi, ja mõnikord sisaldab väike kogus raudoksiidi, titaandioksiid, kaltsiumoksiid jms. Vastavalt koostisele aine ja sisu, seda saab jagada nelja kategooriasse: standard (tavaline) alumiiniumist silikaatkiud, kõrge puhtusastmega alumiiniumsilikaatkiud, kõrge puhtusastmega alumiiniumi sisaldavate alumiiniumist silikaatkiud ja kõrge puhtusastmega tsirkooniumaluminosilikaatkiud. Komponentide sisu on esitatud tabelis 1-2.
Alumiiniumsilikaatkiud on läbimõõduga 1-10μm ja pikkus 5-25cm. See on hea temperatuurikindlus, soojusisolatsioon ja heli neeldumine, ja on madal soojuse ladustamine, madal soojusjuhtivus ja tugev vastupidavus mehaaniline vibratsioon. Teenuse temperatuur võib ulatuda 1200 °C- ni. Tihedus on ainult 0.096-0.128g/cm3. Pärast CrO2 lisamist, kuna CrO2 hoiab ära kristallide sadestumise ja kasvu kiudude vahelises kokkupuuteosas, saab parandada kiudaine kõrgetemperatuurilist kokkutõmbumiskindlust ja kasutustemperatuuri ni 1400 °C. Alumiiniumsilikaatkiu komposiitmaterjali saab teha kuju vaip, vilt, paber ja plaat. Seda on laialdaselt kasutatud soojusisolatsiooni soojussoojuse soojussoojustus soojusenergia seadmed nagu keemiatööstus ja masinad, ja soojusisolatsiooni kiht raketi mootori osad.
Kvartskiud. Kvartskiud viitab kõrge puhtusastmega ränidioksiidist klaaskiust, mille ajakirja sisu on väiksem kui 0,1% ja kiu läbimõõt 0,7-15 μm. See on kõrge kuumuskindlus, pikaajaline stabiilne kasutamise temperatuur 1050 ° C, ja kohetemperatuuri vastupanu kuni 1700 ° C.In lisaks, kvarts kiud on korrosioonikindlus, kõrge tugevusega retentsiooni kõrgel temperatuuril, mõõtmete stabiilsus, hea termilise löögi kindlus, kõrge keemilise stabiilsuse ja suurepärase elektriisolatsiooni omadused, dielectric konstant ja dielectric loss. Koefitsient on parim kõigi mineraalkiudude ja on palju odavam toota kui räni karbiid kiud. Seetõttu kvarts fiber on oluline kasutada riigikaitse sõjalise ja kosmosetööstuse ja saab kasutada tootmiseks kosmoses termilise kaitse süsteemid.
Kvartskiud liigitatakse pidevaks kvartsklaaskiududeks ja kvartsklaasvillaks. Pidev kvarts klaaskiud viitab pikale kiule, mis saadakse välisjõu joonistamisel pärast kvartsklaasi sulatamist. Üldiselt läbimõõt monofilament on 3-10 μm, ja seda saab töödelda kvarts klaaskiust lõng, riie, jms. Kvartsklaasvilla viitab mingi pikale ja lühikesele kvartsklaaskiud, mis saadakse kvartsklaasi sulamise puhumisel kõrgsurveõhuvooluga ja selle kuju on kohev, sarnane vatiga. Üldiselt ultrafine puuvilla, mille kiu läbimõõt on alla 3 μm, nimetatakse trahvi puuvilla läbimõõduga 3-5 μm.
Mullite kiud. Mullite on ainus binaarne ühend, mida saab stabiilselt esineda normaalsel temperatuuril ja rõhul binaarsüsteemi ränidioksiidi ja alumiiniumoksiidi. Keemiline valem on 3Al2O3·2SiO2 ja selle faasiskeem on esitatud joonisel 1.
Joonis 1 Mullite'i materjalifaasi skeem
Mullite kiud on polükristalne kiud peamine kristall faasi mullite kristalliid. See on ainus stabiilne etapp binaarne süsteem ränidioksiidi ja alumiiniumoksiidi. Selle aktiivsus on madal ja selle rekristalliseerumise võime on halb. Kivikiud on hea kõrge temperatuuri talu ja saab kasutada kuni 1500℃. Kui aga temperatuur on kõrgem kui 1500℃, tera kasvab ja kaotab oma kõrgetemperatuurilised mehaanilised omadused. Kui temperatuur jõuab umbes 1830℃, Kiiresti laguneda alumiiniumoksiidi ja vedel faasis. Mullite fiber laieneb ühtlaselt, kui kuumutatakse, on suurepärane termilise löögi kindlustunne stabiilsus, madal termiline juhtivus, ei ole lihtne hiilida kõrgel temperatuuril, ja ei saa mitte ainult säilitada hea elastsus, vaid on ka väike kokkutõmbumine, ja materjal ise on hea keemiline stabiilsus. See ei ole vastuvõtlikkorrosioonile, nii et seda kasutatakse laialdaselt erinevates kõrgtemperatuurilistes toodetes ja termilistes kaitsesüsteemides kui uut ülikerget kõrgetemperatuurilist kuumuskindlat kiudmaterjali. Kuid normaalne temperatuur mehaanilised omadused mullite fiber ei ole hea, mis on muutunud peamiseks takistuseks praktilisele kasutamisematerjali.
Alumiiniumoksiidi kiud. Alumina kiud on omamoodi polükristalne keraamiline kiud, mis on palju vorme, nagu pikk kiud, lühike kiud ja vurrud. See sisaldab peamiselt Al2O3, ja mõnikord sisaldab teatud koguses lisaaineid nagu ränidioksiid, boornitriid, tsirkooniumoksiid, raudoksiid, magneesiumoksiid jms. Alumiiniumoksiidi kiu läbimõõt on 10-20 μm ja tihedus 2.7-4.2 g/cm3, ja on kõrge mehaanilised omadused, tõmbetugevus 1.4-2.45 GPa ja tõmbemoodul 190-385 GPa.
See on hea keemiline vastupidavus, oksüdatsioonikindlus, kõrge temperatuurikindlus, kõrge keemiline stabiilsus ja madal koefitsient soojuspaisumise, sulamistemperatuur 2050 ° C, saab kasutada 1500 ° C pikka aega.
Alumina lühikesi kiude kasutatakse peamiselt kõrgetemperatuuriliste isolatsioonimaterjalide, pikkade kiudude tugevdamiseks kasutatakse komposiitmaterjalide tugevdamiseks ja vurrud on suure tugevusega ja mõned erilised magnetilised, elektrilised ja optilised omadused, mida kasutatakse funktsionaalsetes materjalides. Alumiiniumoksiidi kiud on hea pinna aktiivsus ja on lihtne liita põhimaterjalid nagu metall ja keraamika. Koos selle kõrge kasutamise temperatuur, see on laialdaselt kasutatud üldiselt tööstus-ja kõrgtehnoloogia valdkondades. Seda saab kasutada kõrgetemperatuurilistes ahjudes ja soojustehnikas. Kosmosesüstiku seadmed, tuumareaktorid ja soojusisolatsioonimaterjalid. Ameerika Ühendriigid kasutavad alumiiniumoksiidi kiud isolatsiooni paneelid space Shuttle Columbia. Kui kosmosesüstik lendab atmosfääris, takistavad isolatsioonipaneelid soojuse sattumist soojuskaitsesse läbi isolatsioonipaneelide vahelise. Alumina kiud on oluline strateegiline tähtsus ja suur kaubanduslik väärtus sõjalise ja kosmoses, meelitades paljud riigid investeerida palju tööjõudu, materiaalseid ressursse ja rahalisi vahendeid teadus-ja arendustegevuse ja kasutamise. Kuid alumiiniumoksiidi kiud on kõrge tihedusega ja kõrge soojusjuhtivus, mis piirab selle edasist kohaldamist.
