Keraminių pluoštų klasifikavimo ir naudojimo žinios

Keraminio pluošto akyta izoliacinė medžiaga gali suformuoti stabilią struktūrą, turint tik nedidelį medžiagos (pluošto) kiekį. Keraminių pluoštų izoliacinė medžiaga, palyginti su keraminėmis porų izoliacinėmis medžiagomis, yra lengva, akyta, mažo šilumos laidumo ir savitosios šilumos talpos. Didelės savybės ir gali atlaikyti labai dideles apkrovas. Ši medžiaga buvo naudojama daugelyje sričių, tokių kaip filtravimo atskyrimas, šilumos izoliacija, biomedicina ir kompozicinės medžiagos. Daugkartinio naudojimo šiluminės apsaugos konstrukcija, kurią vaizduoja keramikos pluošto medžiaga, plačiai naudojama įvairių pažangių orlaivių šiluminės apsaugos sistemoje namuose ir užsienyje, turi svarbią taikymo vertę ir plėtros perspektyvas.

Keraminius pluoštus galima suskirstyti į dvi kategorijas: keraminius pluoštus, kurie nėra oksidai (pvz., SiC pluoštai, C pluoštai) ir oksidinius (įskaitant kompozicinius oksidus) keraminius pluoštus (pvz., Aliuminio silikato pluoštus, Al2O3 pluoštus).

1. Keraminis pluoštas be oksido

2. Silicio karbido pluoštas. Silicio karbidas (SiC), paprastai žinomas kaip silicio karbidas ir anglies silicio dioksidas, yra sintetinis junginys, kuris yra kovalentiškai sujungtas. Jį galima paruošti cheminiu būdu nusodinant garus, redukuojant karbotermiškai, sukepinant miltelius ir konvertuojant pirmtakus. Grynas silicio karbidas yra bespalvis ir skaidrus, o pramonėje naudojamas silicio karbidas dažnai būna šviesiai žalias arba juodas, nes jame yra laisvos geležies, silicio, anglies ir kitų priemaišų.

   Kadangi silicio karbidas pasižymi geromis aukštos temperatūros charakteristikomis, tokiomis kaip atsparumas oksidacijai, atsparumas aukštai temperatūrai ir stabilumas, geras šilumos laidumas, mažas tankis, mažas plėtimosi koeficientas ir žemas šliaužimas, jis gali būti naudojamas kaip degimo kamera aukštos temperatūros dujų turbinoms. Aukštos temperatūros purkštukai, turbinų mentės ir kt. Dėl aukšto šilumos laidumo ir gerų izoliacinių savybių silicio karbidas gali būti naudojamas kaip aukštos temperatūros šilumokaitis metalurgijos pramoninėse krosnyse, taip pat kaip pagrindai ir pakavimo medžiagos didelės apimties integruotoms grandinėms . Dėl didelio kietumo, atsparumo dilimui ir atsparumo rūgštims bei šarmams korozijos mechaninėse ir chemijos pramonėse galima paruošti mechanines sandarinimo medžiagas, tokias kaip stumdomi guoliai, vožtuvų diskai, ventiliatorių mentės ir korozijai atsparūs vamzdžiai.

   Silicio karbidas pasižymi ne tik geromis fizinėmis savybėmis, bet ir puikiomis cheminėmis savybėmis. Ne deguonies atmosferoje silicio karbido paviršiuje dujų fazėje 2300 ° C temperatūroje buvo tik 5% silicio.℃. Tačiau kai silicio karbidas buvo veikiamas deguonies esant 1000℃, paviršius pradėjo oksiduotis, tačiau silicio karbidas galėjo suformuoti SiO2 apsauginę plėvelę, kad oksidacijos reakcija nesitęstų.

3. Anglies pluoštas. Anglies pluoštas reiškia pluoštinę anglies medžiagą, kuri pašildoma iki 1000°C arba aukštesnis organinio pluošto kiekis inertinėse dujose, kad susidarytų pluoštinė anglies medžiaga, kurios anglies kiekis yra 90% ar daugiau. Anglies pluoštas yra naujo tipo neorganinė medžiaga, kurios tankis yra 1,5–2 g / cm3, o tai yra 1/4 plieno tankio, 1/2 aliuminio lydinio tankio ir 4–5 kartus stipresnė už plieną. Šilumos plėtimosi koeficientas yra mažas, o atsparumas šiluminiam smūgiui yra geras. Jis staiga nukrinta nuo kelių tūkstančių laipsnių Celsijaus temperatūros iki normalios temperatūros ir nesprogsta, pasižymi geru tepumu ir elektros laidumu. Anglies pluoštai yra chemiškai panašūs į anglį, yra inertiški bendram šarmingumui ir nesusiglaudžia esant skysto azoto temperatūrai. Ne deguonies aplinkoje net esant aukštai 3000 temperatūrai℃, jis netirpsta, bet oro atmosferoje, kai temperatūra yra aukštesnė nei 400 ° C℃, įvyksta reikšminga oksidacija ir susidaro CO ir CO 2. Todėl anglies pluoštas gali labai sumažinti komponento konstrukcinį svorį ir pagerinti techninius rodiklius, todėl jis plačiai naudojamas aviacinėse transporto priemonėse.

   Priklausomai nuo naudojamų žaliavų, anglies pluoštai gali būti klasifikuojami į poliakrilnitrilo anglies pluoštus, pikio anglies pluoštus, celiuliozės anglies pluoštus ir fenolio anglies pluoštus. Dažniausiai naudojamas anglies pluoštas yra poliakrilnitrilo anglies pluoštas ir pikio anglies pluoštas.

4. Oksido keramikos pluoštas

5. Aliuminio silikatinis pluoštas. Aliuminio silikatinio pluošto forma ir spalva yra panašūs į medvilnės. Tai yra amorfinis keraminis pluoštas, daugiausia sudarytas iš aliuminio oksido ir silicio dioksido, ir kartais jame yra nedidelis kiekis geležies oksido, titano dioksido, kalcio oksido ir panašių medžiagų. Pagal medžiagos sudėtį ir turinį ją galima suskirstyti į keturias kategorijas: standartinį (įprastą) aliuminio silikato pluoštą, labai gryną aliuminio silikato pluoštą, labai gryną aliuminio turinčią aliuminio silikato pluoštą ir labai gryną cirkonio aliuminio silikato pluoštą. . Komponentų turinys parodytas 1-2 lentelėje.

   Aliuminio silikatinio pluošto skersmuo yra 1-10μm, o ilgis - 5-25cm. Jis turi gerą atsparumą temperatūrai, šilumos izoliaciją ir garso absorbciją, mažai kaupia šilumą, mažą šilumos laidumą ir stiprų atsparumą mechaninei vibracijai. Darbinė temperatūra gali siekti 1200 ° C. Tankis yra tik 0,096-0,128g / cm3. Pridėjus CrO2, kadangi CrO2 apsaugo nuo kristalų nusėdimo ir augimo kontaktinėje dalyje tarp pluoštų, galima pagerinti pluošto atsparumą susitraukimui aukštoje temperatūroje ir naudojimo temperatūra pasiekia 1400 ° C. Aliuminio silikatinio pluošto kompozicinė medžiaga gali būti pagaminta iš kilimo, veltinio, popieriaus ir plokštės formos. Jis buvo plačiai naudojamas šilumos energijos įrangos, tokios kaip chemijos pramonė ir mašinos, šilumos izoliacijai ir raketinių variklių dalių šilumos izoliacijos sluoksniui.

6. Kvarco pluoštas. Kvarcinis pluoštas - tai ypatingo grynumo silicio dioksido stiklo pluoštas, kurio žurnalų kiekis yra mažesnis nei 0,1%, o pluošto skersmuo yra 0,7-15 μm. Jis turi aukštą atsparumą karščiui, ilgalaikį stabilų naudojimo temperatūrą 1050 ° C, o momentinį atsparumą temperatūrai iki 1700 ° C. , didelis cheminis stabilumas ir puikios elektrinės izoliacijos savybės, dielektrinė konstanta ir dielektriniai nuostoliai. Koeficientas yra geriausias tarp visų mineralinių pluoštų ir yra daug pigesnis nei silicio karbido pluoštai. Todėl kvarcinis pluoštas yra svarbus panaudojimas gynybos karinėje ir aviacijos pramonėje ir gali būti naudojamas gaminant aviacijos ir kosmoso šilumos apsaugos sistemas.

   Kvarciniai pluoštai skirstomi į ištisinius kvarco stiklo pluoštus ir kvarco stiklo vatą. Nepertraukiamas kvarcinis stiklo pluoštas reiškia ilgą pluoštą, gautą ištraukus išorinę jėgą ištirpus kvarco stiklui. Paprastai monofilamento skersmuo yra 3-10 μm, jį galima perdirbti į kvarcinius stiklo pluošto siūlus, audinius ir panašiai. Kvarcinė stiklo vata reiškia tam tikrą ilgą ir trumpą kvarcinį stiklo pluoštą, gautą pučiant kvarcinio stiklo lydalą aukšto slėgio oro srautu, o jos forma yra puri, panaši į vatą. Paprastai itin ploni medvilnė, kurios pluošto skersmuo yra mažesnis nei 3 μm, vadinama smulkia medvilne, kurios skersmuo yra 3-5 μm.

7. Mulito pluoštas. Mulitas yra vienintelis dvejetainis junginys, kuris diodinėje silicio dioksido ir aliuminio oksido sistemoje gali stabiliai būti esant normaliai temperatūrai ir slėgiui. Cheminė formulė yra 3Al2O3·2SiO2 ir jo fazių diagrama parodyta 1 paveiksle.

   1 paveikslas Mulito medžiagos fazės diagrama

   Mulito pluoštas yra polikristalinis pluoštas, turintis pagrindinę mullito kristalitų kristalinę fazę. Tai vienintelė stabili fazė dvejetainėje silicio dioksido ir aliuminio oksido sistemoje. Jo aktyvumas yra menkas, o perkristalizavimo galimybės silpnos. Akmens pluoštas pasižymi geru atsparumu aukštai temperatūrai ir gali būti naudojamas iki 1500℃. Tačiau kai temperatūra aukštesnė nei 1500 ° C℃, grūdai augs ir praras savo aukštos temperatūros mechanines savybes. Kai temperatūra pasiekia apie 1830 m℃, Greitai suskaidys į aliuminio oksidą ir skystą fazę. Mullito pluoštas tolygiai išsiplečia kaitinant, pasižymi puikiu atsparumu šilumos smūgiams, mažu šilumos laidumu, nėra lengva šliaužti aukštoje temperatūroje ir gali ne tik išlaikyti gerą elastingumą, bet ir šiek tiek susitraukti, o pati medžiaga pasižymi geru cheminiu stabilumu. . Jis nėra atsparus korozijai, todėl yra plačiai naudojamas įvairiuose aukštos temperatūros gaminiuose ir šiluminės apsaugos sistemose kaip nauja itin lengva aukštos temperatūros karščiui atspari pluošto medžiaga. Tačiau įprastos mullito pluošto mechaninės savybės nėra geros, o tai tapo pagrindine kliūtimi praktiškai naudoti medžiagą.

8. Aliuminio oksido pluoštas. Aliuminio oksido pluoštas yra tam tikras polikristalinis keraminis pluoštas, turintis daugybę formų, tokių kaip ilgasis pluoštas, trumpasis pluoštas ir ūsas. Jame daugiausia yra Al2O3, o kartais yra tam tikras kiekis priedų, tokių kaip silicio dioksidas, boro nitridas, cirkonio dioksidas, geležies oksidas, magnio oksidas ir panašiai. Aliuminio oksido pluošto skersmuo yra 10–20 μm, o tankis - 2,7–4,2 g / cm3, jo mechaninės savybės yra aukštos, tempimo stipris 1,4–2,45 GPa, tempimo modulis 190–385 GPa.

   Jis turi gerą cheminį atsparumą, atsparumą oksidacijai, aukštą atsparumą temperatūrai, aukštą cheminį stabilumą ir žemą šiluminio plėtimosi koeficientą, lydymosi temperatūra 2050 ° C, ilgą laiką gali būti naudojama esant 1500 ° C temperatūrai.

Trumpi aliuminio oksido pluoštai daugiausia naudojami aukštos temperatūros izoliacinėms medžiagoms, ilgieji pluoštai naudojami kompozicinėms medžiagoms sutvirtinti, o ūsai pasižymi dideliu stiprumu ir tam tikromis ypatingomis magnetinėmis, elektrinėmis ir optinėmis savybėmis, kurie naudojami funkcinėse medžiagose. Aliuminio oksido pluoštas pasižymi geru paviršiaus aktyvumu ir jį lengva derinti su pagrindinėmis medžiagomis, tokiomis kaip metalas ir keramika. Kartu su aukšta naudojimo temperatūra jis buvo plačiai naudojamas bendrose pramonės ir aukštųjų technologijų srityse. Jis gali būti naudojamas aukštos temperatūros krosnyse ir šilumos inžinerijoje. Įranga, branduoliniai reaktoriai ir šiluminės izoliacijos medžiagos. Jungtinės Valstijos naudoja aliuminio oksido pluoštus kaip izoliacines plokštes „Space Shuttle Columbia“. Kai kosminis maršrutas skrenda atmosferoje, izoliacinės plokštės neleidžia šilumai patekti į šilumos ekraną per tarpą tarp izoliacinių plokščių. Aliuminio oksido pluoštas turi svarbią strateginę reikšmę ir didelę komercinę vertę karinėje ir kosminėje erdvėje, pritraukdamas daugelį šalių tyrimams ir plėtrai bei panaudojimui investuoti daug darbo jėgos, materialinių išteklių ir finansinių išteklių. Tačiau aliuminio oksido pluoštas turi didelį tankį ir didelį šilumos laidumą, o tai riboja tolesnį jo naudojimą.