Gwybodaeth am ddosbarthu a defnyddio ffibrau cerameg
Gall deunydd inswleiddio mandyllog ffibr ceramig ffurfio strwythur sefydlog gyda dim ond ychydig bach o ddeunydd (ffibr). O'i gymharu â deunydd inswleiddio mandwll ceramig, mae deunydd inswleiddio ffibr ceramig yn ysgafn, yn fandyllog, yn isel mewn dargludedd thermol a chynhwysedd gwres penodol. Nodweddion mawr a gallant wrthsefyll llwythi uchel iawn. Defnyddiwyd y deunydd hwn mewn sawl maes fel gwahanu hidlo, inswleiddio thermol, biofeddygaeth a deunyddiau cyfansawdd. Defnyddir y strwythur amddiffyn thermol y gellir ei ailddefnyddio a gynrychiolir gan ddeunydd ffibr ceramig yn helaeth yn system amddiffyn thermol amryw longau awyr datblygedig gartref a thramor, ac mae ganddo werth cymhwysiad a rhagolygon datblygu pwysig.
Gellir rhannu ffibrau cerameg yn ddau gategori: ffibrau cerameg di-ocsid (fel ffibrau SiC, ffibrau C) a ffibrau cerameg ocsid (gan gynnwys ocsid cyfansawdd) (fel ffibrau silicad alwminiwm, ffibrau Al2O3).
Ffibr ceramig di-ocsid
Ffibr carbid silicon. Mae Silicon Carbide (SiC), a elwir yn gyffredin fel carbid silicon a charbon silica, yn gyfansoddyn synthetig sydd wedi'i fondio'n gofalent. Gellir ei baratoi trwy ddyddodiad anwedd cemegol, lleihau carbothermol, sintro powdr a throsi rhagflaenydd. Mae carbid silicon pur yn ddi-liw ac yn dryloyw, ac mae carbid silicon a ddefnyddir yn y diwydiant yn aml yn wyrdd golau neu ddu oherwydd ei fod yn cynnwys haearn, silicon, carbon ac amhureddau eraill am ddim.
Oherwydd bod gan garbid silicon nodweddion tymheredd uchel da, megis ymwrthedd ocsideiddio, cryfder a sefydlogrwydd tymheredd uchel, dargludedd thermol da, dwysedd isel, cyfernod ehangu isel, ac ymgripiad isel, gellir ei ddefnyddio fel siambr hylosgi ar gyfer tyrbinau nwy tymheredd uchel. Nozzles tymheredd uchel, llafnau tyrbinau, ac ati. Oherwydd ei ddargludedd thermol uchel a'i briodweddau inswleiddio da, gellir defnyddio carbid silicon fel cyfnewidydd gwres tymheredd uchel mewn ffwrneisi diwydiannol metelegol, yn ogystal â swbstradau a deunyddiau pecynnu ar gyfer cylchedau integredig ar raddfa fawr. . Gyda'i galedwch uchel, ymwrthedd gwisgo ac ymwrthedd cyrydiad asid ac alcali, gellir paratoi deunyddiau selio mecanyddol fel berynnau llithro, disgiau falf, llafnau ffan a phibellau sy'n gwrthsefyll cyrydiad yn y diwydiannau mecanyddol a chemegol.
Mae gan carbide silicon nid yn unig briodweddau ffisegol da, ond hefyd briodweddau cemegol rhagorol. Mewn awyrgylch nad yw'n ocsigen, dim ond 5% o silicon oedd wedi'i gynnwys yn y cyfnod nwy ar wyneb carbid silicon yn 2300℃. Fodd bynnag, pan oedd carbid silicon yn agored i ocsigen yn 1000℃, dechreuodd yr wyneb ocsideiddio, ond gallai carbid silicon ffurfio ffilm amddiffynnol SiO2 i atal yr adwaith ocsideiddio rhag parhau.
Ffibr carbon. Mae'r ffibr carbon yn cyfeirio at ddeunydd carbon ffibrog sy'n cael ei gynhesu i 1000°C neu'n uwch gan ffibr organig mewn nwy anadweithiol i ffurfio deunydd carbon ffibrog sydd â chynnwys carbon o 90% neu fwy. Mae ffibr carbon yn fath newydd o ddeunydd anorganig gyda dwysedd o 1.5-2g / cm3, sef 1/4 o ddwysedd dur, 1/2 o ddwysedd aloi alwminiwm, a 4 gwaith i 5 gwaith yn gryfach na dur. Mae'r cyfernod ehangu thermol yn fach, ac mae'r gwrthiant sioc thermol yn dda. Mae'n disgyn yn sydyn o dymheredd uchel o sawl mil gradd Celsius i dymheredd arferol ac nid yw'n byrstio, ac mae ganddo iraid a dargludedd trydanol da. Mae ffibrau carbon yn debyg yn gemegol i garbon, maent yn anadweithiol i alcalinedd cyffredinol, ac nid ydynt yn ymwthio ar dymheredd nitrogen hylifol. Mewn amgylchedd nad yw'n ocsigen, hyd yn oed ar dymheredd uchel o 3000℃, nid yw'n toddi, ond mewn awyrgylch awyr, pan fydd y tymheredd yn uwch na 400℃, mae ocsidiad sylweddol yn digwydd, a chynhyrchir CO a CO 2. Felly, gall ffibr carbon leihau pwysau strwythurol y gydran yn fawr a gwella'r perfformiad technegol, gan ei wneud yn cael ei ddefnyddio'n helaeth mewn cerbydau awyrofod.
Yn dibynnu ar y deunyddiau crai a ddefnyddir, gellir dosbarthu ffibrau carbon yn ffibrau carbon sy'n seiliedig ar polyacrylonitrile, ffibrau carbon ar sail traw, ffibrau carbon wedi'u seilio ar seliwlos, a ffibrau carbon sy'n seiliedig ar ffenolig. Y ffibrau carbon mwyaf cyffredin a ddefnyddir yw ffibr carbon polyacrylonitrile a ffibr carbon traw.
Ffibr ceramig ocsid
Ffibr silicad alwminiwm. Mae siâp a lliw ffibr silicad alwminiwm yn debyg i siâp cotwm. Mae'n ffibr cerameg amorffaidd sy'n cynnwys alwmina a silica yn bennaf, ac weithiau mae'n cynnwys ychydig bach o haearn ocsid, titaniwm deuocsid, calsiwm ocsid ac ati. Yn ôl cyfansoddiad y sylwedd a'r cynnwys, gellir ei rannu'n bedwar categori: ffibr silicad alwminiwm safonol (cyffredin), ffibr silicad alwminiwm purdeb uchel, ffibr silicad alwminiwm purdeb uchel sy'n cynnwys alwminiwm a ffibr aluminosilicate zirconium purdeb uchel . Dangosir cynnwys y cydrannau yn Nhabl 1-2.
Mae gan ffibr silicad alwminiwm ddiamedr o 1-10μm a hyd o 5-25cm. Mae ganddo wrthwynebiad tymheredd da, inswleiddio gwres ac amsugno sain, ac mae ganddo storfa gwres isel, dargludedd thermol isel a gwrthiant cryf i ddirgryniad mecanyddol. Gall tymheredd y gwasanaeth gyrraedd 1200 ° C. Dim ond 0.096-0.128g / cm3 yw'r dwysedd. Ar ôl ychwanegu CrO2, gan fod CrO2 yn atal dyodiad a thwf grisial yn y gyfran gyswllt rhwng y ffibrau, gellir gwella ymwrthedd crebachu tymheredd uchel y ffibr, ac mae'r tymheredd defnydd yn cyrraedd 1400 ° C. Gellir gwneud y deunydd cyfansawdd ffibr silicad alwminiwm i siâp carped, ffelt, papur a phlât. Fe'i defnyddiwyd yn helaeth wrth insiwleiddio thermol offer ynni thermol fel diwydiant cemegol a pheiriannau, a haen inswleiddio thermol rhannau injan roced.
Ffibr cwarts. Mae ffibr cwarts yn cyfeirio at ffibr gwydr silica arbenigedd purdeb uchel gyda chynnwys cylchgrawn o lai na 0.1% a diamedr ffibr o 0.7-15 μm. Mae ganddo wrthwynebiad gwres uchel, tymheredd defnydd sefydlog hirdymor o 1050 ° C, a gwrthiant tymheredd ar unwaith hyd at 1700 ° C. Yn ogystal, mae gan ffibr cwarts wrthwynebiad cyrydiad, cadw cryfder uchel ar dymheredd uchel, sefydlogrwydd dimensiwn, ymwrthedd sioc thermol da , sefydlogrwydd cemegol uchel, ac eiddo inswleiddio trydanol rhagorol, colled dielectrig cyson a cholled dielectrig. Y cyfernod yw'r gorau ymhlith yr holl ffibrau mwynau ac mae'n rhatach o lawer i'w gynhyrchu na ffibrau carbid silicon. Felly, mae gan ffibr cwarts ddefnydd pwysig yn y diwydiannau milwrol amddiffyn ac awyrofod a gellir ei ddefnyddio i gynhyrchu systemau amddiffyn thermol awyrofod.
Mae ffibrau cwarts yn cael eu dosbarthu i ffibrau gwydr cwarts parhaus a gwlân gwydr cwarts. Mae ffibr gwydr cwarts parhaus yn cyfeirio at ffibr hir a geir trwy dynnu grym allanol ar ôl i'r gwydr cwarts doddi. Yn gyffredinol, diamedr y monofilament yw 3-10 μm, a gellir ei brosesu i edafedd ffibr gwydr cwarts, brethyn, ac ati. Mae gwlân gwydr cwarts yn cyfeirio at fath o ffibr gwydr cwarts hir a byr a geir trwy chwythu toddi gwydr cwarts gan lif aer pwysedd uchel, ac mae ei siâp yn blewog, yn debyg i wlân cotwm. Yn gyffredinol, gelwir cotwm ultrafine, sydd â diamedr ffibr o lai na 3 μm, yn gotwm mân sydd â diamedr o 3-5 μm.
Ffibr mullite. Mullite yw'r unig gyfansoddyn deuaidd a all fod yn bresennol yn sefydlog ar dymheredd a gwasgedd arferol yn system ddeuaidd silica ac alwmina. Y fformiwla gemegol yw 3Al2O3·Mae 2SiO2, a'i ddiagram cyfnod fel y dangosir yn Ffigur 1.
Ffigur 1 Diagram cyfnod deunydd mullite
Mae ffibr mullite yn ffibr polycrystalline gyda phrif gam grisial o grisialau mullite. Dyma'r unig gyfnod sefydlog yn system ddeuaidd silica ac alwmina. Mae ei weithgaredd yn isel ac mae ei allu ailrystallization yn wael. Mae gan y ffibr carreg wrthwynebiad tymheredd uchel da a gellir ei ddefnyddio hyd at 1500℃. Fodd bynnag, pan fydd y tymheredd yn uwch na 1500℃, bydd y grawn yn tyfu ac yn colli ei briodweddau mecanyddol tymheredd uchel. Pan fydd y tymheredd yn cyrraedd tua 1830℃, Yn dadelfennu'n gyflym i mewn i alwmina a chyfnod hylif. Mae'r ffibr mullite yn ehangu'n gyfartal wrth ei gynhesu, mae ganddo sefydlogrwydd ymwrthedd sioc thermol rhagorol, dargludedd thermol isel, nid yw'n hawdd ymgripio ar dymheredd uchel, a gall nid yn unig gynnal hydwythedd da, ond mae ganddo grebachu bach hefyd, ac mae gan y deunydd ei hun sefydlogrwydd cemegol da. . Nid yw'n agored i gyrydiad, felly fe'i defnyddir yn helaeth mewn amryw o gynhyrchion tymheredd uchel a systemau amddiffyn thermol fel deunydd ffibr uwch-olau uchel sy'n gwrthsefyll gwres. Fodd bynnag, nid yw priodweddau mecanyddol tymheredd arferol ffibr mullite yn dda, sydd wedi dod yn rhwystr mawr i ddefnydd ymarferol o'r deunydd.
Ffibr alwmina. Mae ffibr alwmina yn fath o ffibr cerameg polycrystalline, sydd â sawl ffurf fel ffibr hir, ffibr byr a sibrwd. Mae'n cynnwys Al2O3 yn bennaf, ac weithiau mae'n cynnwys rhywfaint o ychwanegion fel silica, boron nitride, zirconia, haearn ocsid, magnesiwm ocsid ac ati. Mae gan y ffibr alwmina ddiamedr o 10-20 μm a dwysedd o 2.7-4.2 g / cm3, ac mae ganddo briodweddau mecanyddol uchel, cryfder tynnol o 1.4-2.45 GPa, a modwlws tynnol o 190-385 GPa.
Mae ganddo wrthwynebiad cemegol da, gellir defnyddio ymwrthedd ocsideiddio, ymwrthedd tymheredd uchel, sefydlogrwydd cemegol uchel a chyfernod ehangu thermol isel, pwynt toddi o 2050 ° C, ar 1500 ° C am amser hir.
Defnyddir ffibrau byr alwmina yn bennaf ar gyfer deunyddiau inswleiddio tymheredd uchel, defnyddir ffibrau hir i atgyfnerthu deunyddiau cyfansawdd, ac mae gan wisgers gryfder uchel a rhai priodweddau magnetig, trydanol ac optegol arbennig, a ddefnyddir mewn deunyddiau swyddogaethol. Mae gan ffibr alwmina weithgaredd arwyneb da ac mae'n hawdd ei gyfuno â deunyddiau sylfaen fel metel a cherameg. Wedi'i gyfuno â'i dymheredd defnydd uchel, fe'i defnyddiwyd yn helaeth mewn meysydd diwydiannol ac uwch-dechnoleg cyffredinol. Gellir ei ddefnyddio mewn ffwrneisi tymheredd uchel a pheirianneg thermol. Offer, adweithyddion niwclear a deunyddiau inswleiddio thermol ar gyfer y wennol ofod. Mae'r Unol Daleithiau'n defnyddio ffibrau alwmina fel paneli inswleiddio ar y Columbia Shuttle Columbia. Pan fydd y wennol ofod yn hedfan yn yr atmosffer, mae'r paneli inswleiddio yn atal gwres rhag mynd i mewn i'r darian wres trwy'r bwlch rhwng y paneli inswleiddio. Mae gan ffibr alwmina arwyddocâd strategol pwysig a gwerth masnachol gwych mewn milwrol ac awyrofod, gan ddenu llawer o wledydd i fuddsoddi llawer o weithwyr, adnoddau materol ac adnoddau ariannol ar gyfer ymchwil a datblygu a defnyddio. Fodd bynnag, mae gan y ffibr alwmina ddwysedd uchel a dargludedd thermol uchel, sy'n cyfyngu ar ei gymhwyso ymhellach.
