معرفة تصنيف واستخدام الألياف الخزفية


 

السيراميك الألياف مادة العزل المسامية يمكن أن تشكل هيكل مستقر مع كمية صغيرة فقط من المواد (الألياف). بالمقارنة مع مادة العزل المسام السيراميك، السيراميك مواد العزل الألياف هو الضوء، مسامية، منخفضة في الموصلية الحرارية وقدرة حرارة محددة. ميزات كبيرة ويمكن أن تحمل الأحمال عالية جدا. وقد استخدمت هذه المواد في العديد من المجالات مثل فصل الترشيح، والعزل الحراري، والطب الحيوي، والمواد المركبة. ويستخدم على نطاق واسع هيكل الحماية الحرارية القابلة لإعادة الاستخدام التي تمثلها مادة الألياف السيراميك في نظام الحماية الحرارية من الطائرات المتطورة المختلفة في الداخل والخارج، ولها قيمة التطبيق الهامة وآفاق التنمية.

يمكن تقسيم ألياف السيراميك إلى فئتين: الألياف الخزفية غير أكسيد (مثل ألياف SiC، ألياف C) وأكسيد (بما في ذلك أكسيد مركب) ألياف السيراميك (مثل ألياف سيليكات الألومنيوم، Al2O3 الألياف).

 

  1. الألياف السيراميك غير أكسيد

     

  2. ألياف كربيد السيليكون. كاربايد السيليكون (SiC)، المعروف باسم كربيد السيليكون والسيليكا الكربونية، هو مركب اصطناعي مستعبد بشكل متكن. ويمكن إعداده عن طريق ترسب بخار كيميائي، والحد من الكاربوثيرات، ومسحوق تلبد وتحويل السلائف. وكربيد السيليكون النقي عديم اللون وشفاف، وكربيد السيليكون المستخدم في هذه الصناعة غالبا ما يكون أخضر فاتح أو أسود لأنه يحتوي على الحديد الحر والسيليكون والكربون والشوائب الأخرى.

     

    لأن كربيد السيليكون لديه خصائص جيدة لدرجة الحرارة العالية، مثل مقاومة الأكسدة، وارتفاع قوة الحرارة والاستقرار، الموصلية الحرارية جيدة، وانخفاض الكثافة، وانخفاض معامل التوسع، وانخفاض زحف، ويمكن استخدامه كغرفة احتراق لتوربينات الغاز ارتفاع درجة الحرارة. فتحات درجة حرارة عالية، ريش التوربينات، الخ. نظراً لموصليتها الحرارية العالية وخصائص العزل الجيدة، يمكن استخدام كربيد السيليكون كمبادل حراري عالي الحرارة في الأفران الصناعية المعدنية، وكذلك ركائز ومواد التعبئة والتغليف للدوائر المتكاملة على نطاق واسع. مع صلابة عالية، ومقاومة ارتداء وحمض ومقاومة التآكل القلوي، ويمكن إعداد المواد الميكانيكية الختم مثل محامل انزلاق، وأقراص صمام، شفرات المروحة والأنابيب المقاومة للتآكل في الصناعات الميكانيكية والكيميائية.

    كربيد السيليكون ليس فقط خصائص جيدة فيزيائية، ولكن أيضا خصائص كيميائية ممتازة. في الغلاف الجوي غير الأكسجين، تم احتواء 5٪ فقط من السيليكون في مرحلة الغاز على سطح كربيد السيليكون في 2300°مئويه. ومع ذلك ، عندما تعرض كربيد السيليكون للأكسجين في 1000°مئويه، بدأ السطح في أكسدة، ولكن يمكن أن تشكل كاربيد السيليكون SiO2 فيلم واقية لمنع رد فعل الأكسدة من الاستمرار.

     

  3. ألياف الكربون. الألياف الكربونية يشير إلى مادة الكربون الليفي الذي يتم تسخينه إلى 1000°C أو أعلى من الألياف العضوية في غاز خامل لتشكيل مادة كربون ليفية لها محتوى الكربون من 90٪ أو أكثر. ألياف الكربون هو نوع جديد من المواد غير العضوية مع كثافة 1.5-2g/cm3، وهو 1/4 من كثافة الصلب، 1/2 من كثافة سبائك الألومنيوم، و 4 مرات إلى 5 مرات أقوى من الصلب. معامل التمدد الحراري صغير، ومقاومة الصدمات الحرارية جيدة. فإنه ينخفض فجأة من درجة حرارة عالية من عدة آلاف من درجات مئوية إلى درجة حرارة طبيعية ولا تنفجر، ولها تزييت جيدة والموصلية الكهربائية. ألياف الكربون هي مشابهة كيميائيا للكربون، هي خاملة إلى القلية العامة، ولا embrittle في درجات حرارة النيتروجين السائل. في بيئة غير الأكسجين، حتى في درجة حرارة عالية من 3000°مئويه، فإنه لا تذوب، ولكن في جو الهواء، عندما تكون درجة الحرارة أعلى من 400°مئويه، يحدث أكسدة كبيرة، ويتم إنشاء CO وCO 2. لذلك، يمكن أن تقلل ألياف الكربون إلى حد كبير من الوزن الهيكلي للمكون وتحسين الأداء التقني، مما يجعلها تستخدم على نطاق واسع في المركبات الفضائية.

     

    اعتمادا على المواد الخام المستخدمة، يمكن تصنيف ألياف الكربون إلى ألياف الكربون القائمة على بولياكريلونيتريل، ألياف الكربون الملعب القائم، ألياف الكربون القائمة على السليلوز، وألياف الكربون القائم على الفينول. ألياف الكربون الأكثر شيوعاً المستخدمة هي ألياف الكربون polyacrylonitrile وألياف الكربون الملعب.

     

  4. أكسيد السيراميك الألياف

     

  5. الألومنيوم سيليكات الألياف. شكل ولون الألياف سيليكات الألومنيوم مماثلة لتلك التي من القطن. وهو ألياف السيراميك غير متبلور تتألف أساسا من الألومينا والسيليكا، ويحتوي في بعض الأحيان على كمية صغيرة من أكسيد الحديد، ثاني أكسيد التيتانيوم، وأكسيد الكالسيوم وما شابه ذلك. وفقا لتكوين المادة والمحتوى، يمكن تقسيمها إلى أربع فئات: معيار (عادي) الألياف سيليكات الألومنيوم، عالية النقاء الألياف سيليكات الألومنيوم، عالية النقاوة الألومنيوم التي تحتوي على الألياف الألمنيوم سيليكات عالية النقاء والألياف اللزويكومية الألومنيوم عالية النقاء. ويظهر محتوى المكونات في الجدول 1-2.

    الألياف السيليكات الألومنيوم لديها قطر 1-10μm وطول 5-25cm. لديها مقاومة جيدة لدرجة الحرارة، والعزل الحراري وامتصاص الصوت، ولها تخزين الحرارة المنخفضة، الموصلية الحرارية المنخفضة ومقاومة قوية للاهتزاز الميكانيكي. يمكن أن تصل درجة حرارة الخدمة إلى 1200 درجة مئوية. الكثافة هي فقط 0.096-0.128g/cm3. بعد إضافة CrO2، منذ CrO2 يمنع هطول الأمطار الكريستال والنمو في جزء الاتصال بين الألياف، يمكن تحسين مقاومة انكماش درجة الحرارة العالية من الألياف، ودرجة حرارة الاستخدام تصل إلى 1400 درجة مئوية. ويمكن صنع مادة الألياف الألومنيوم سيليكات المركبة في شكل السجاد، ورأى، ورقة وطبق. وقد استخدمت على نطاق واسع في العزل الحراري لمعدات الطاقة الحرارية مثل الصناعة الكيميائية والآلات، وطبقة العزل الحراري من أجزاء محرك الصواريخ.

     

  6. ألياف الكوارتز. الألياف الكوارتز يشير إلى الألياف الزجاجية السيليكا تخصص عالية النقاء مع محتوى مجلة أقل من 0.1٪ وقطر الألياف من 0.7-15 μm. انها مقاومة عالية للحرارة، على المدى الطويل استخدام مستقرة درجة حرارة 1050 درجة مئوية، ومقاومة درجة الحرارة الفورية تصل إلى 1700 درجة C.In بالإضافة إلى ذلك، والألياف الكوارتز ومقاومة التآكل، والاحتفاظ بقوة عالية في درجة حرارة عالية، والاستقرار الأبعاد، ومقاومة جيدة للصدمات الحرارية، وارتفاع الاستقرار الكيميائي، وممتم خصائص العزل الكهربائي، عازلة ثابتة وخسارة عازلة. المعامل هو الأفضل بين جميع الألياف المعدنية وأرخص بكثير لإنتاج من ألياف كربيد السيليكون. ولذلك، فإن ألياف الكوارتز لها استخدام مهم في الدفاع العسكري والصناعات الجوية، ويمكن استخدامها لتصنيع أنظمة الحماية الحرارية الفضائية.

     

    تصنف ألياف الكوارتز إلى ألياف زجاجية كوارتز مستمرة والصوف الزجاجي الكوارتز. الألياف الزجاجية الكوارتز المستمر يشير إلى الألياف الطويلة التي تم الحصول عليها عن طريق رسم قوة خارجية بعد ذاب زجاج الكوارتز. عموما، وقطر أحادية هو 3-10 ميكرومتر، ويمكن معالجتها في الغزل الألياف الزجاجية الكوارتز، والقماش، وما شابه ذلك. الصوف الزجاجي الكوارتز يشير إلى نوع من الألياف الزجاجية الكوارتز طويلة وقصيرة التي تم الحصول عليها عن طريق نفخ زجاج الكوارتز تذوب من قبل تدفق الهواء عالي الضغط، وشكله رقيق، على غرار الصوف القطني. عموما، والقطن فائقة الfine، التي يبلغ قطرها من الألياف أقل من 3 ميكرومتر، ويسمى القطن غرامة لها قطر 3-5 ميكرومتر.

     

  7. ألياف موليت. Mullite هو مركب ثنائي فقط التي يمكن أن تكون موجودة بشكل ثابت في درجة الحرارة العادية والضغط في النظام الثنائي من السيليكا والألومينا. الصيغة الكيميائية هي 3Al2O3·2SiO2، والرسم التخطيطي للمرحلة كما هو موضح في الشكل 1.

    الرسم البياني للمرحلة المادية Mullite 1

    الألياف Mullite هو الألياف polycrystalline مع مرحلة الكريستال الرئيسي من الكريستال mullite. وهي المرحلة الوحيدة المستقرة في النظام الثنائي للسيليكا والألومينا. ونشاطها منخفض وقدرته على التبلور ضعيفة. الألياف الحجرية لديه مقاومة جيدة لدرجة الحرارة العالية ويمكن استخدامها حتى 1500°مئويه. ومع ذلك، عندما تكون درجة الحرارة أعلى من 1500°مئويه، فإن الحبوب تنمو وتفقد خصائصها الميكانيكية عالية الحرارة. عندما تصل درجة الحرارة حوالي 1830°مئويه، سوف تتحلل بسرعة إلى الألمنيوم والمرحلة السائلة. الألياف mullite يتوسع بالتساوي عند تسخينها، لديها ممتازة الاستقرار مقاومة الصدمة الحرارية، التوصيلية الحرارية المنخفضة، ليس من السهل أن تزحف في درجة حرارة عالية، ويمكن الحفاظ على مرونة جيدة، ولكن أيضا لديها انكماش صغير، والمواد نفسها لديها استقرار كيميائي جيد. أنها ليست عرضة للتآكل، لذلك هو استخدامها على نطاق واسع في مختلف المنتجات ذات درجة الحرارة العالية ونظم الحماية الحرارية كمادة جديدة خفيفة جدا عالية الحرارة عالية الحرارة الألياف المقاومة للحرارة. ومع ذلك ، فإن الخصائص الميكانيكية درجة الحرارة العادية من الألياف mullite ليست جيدة ، والتي أصبحت عقبة رئيسية أمام الاستخدام العملي للمادة.

     

  8. ألياف الألومينا. الألياف الألومينا هو نوع من الألياف السيراميك البولي بلوراتلين، والتي لديها أشكال عديدة مثل الألياف الطويلة، والألياف القصيرة وشعيرات. أنه يحتوي أساسا Al2O3، ويحتوي في بعض الأحيان على كمية معينة من المواد المضافة مثل السيليكا، نيتريد البورون، الزركونيا، أكسيد الحديد، أكسيد المغنيسيوم وما شابه ذلك. يبلغ قطر ألياف الألومينا 10-20 ميكرومتر وكثافة 2.7-4.2 جرام/سم3، ولها خصائص ميكانيكية عالية، وقوة الشد 1.4-2.45 جيجا باسكال، ومعاملات الشد 190-385 جيجا باسكال.

     

    لديها مقاومة كيميائية جيدة، ومقاومة الأكسدة، ومقاومة درجة الحرارة العالية، وارتفاع الاستقرار الكيميائي وانخفاض معامل التمدد الحراري، نقطة انصهار 2050 درجة مئوية، ويمكن استخدامها في 1500 درجة مئوية لفترة طويلة.

     

وتستخدم أساسا ألياف الألومنية قصيرة للمواد العازلة درجة الحرارة العالية، وتستخدم الألياف الطويلة لتعزيز المواد المركبة، شعيرات لديها قوة عالية وبعض الخصائص المغناطيسية والكهرباء والبصرية الخاصة، والتي تستخدم في المواد الفنية. الألياف الألومينا لديه نشاط سطح جيد وسهلة أن تتفاقم مع المواد الأساسية مثل المعادن والسيراميك. جنبا إلى جنب مع درجة الحرارة ذات الاستخدام العالي، وقد استخدمت على نطاق واسع في المجالات الصناعية والتكنولوجيا الفائقة العامة. ويمكن استخدامه في أفران عالية الحرارة والهندسة الحرارية. المعدات والمفاعلات النووية ومواد العزل الحراري لمكوك الفضاء. الولايات المتحدة تستخدم ألياف الألومينا كألواح العزل على مكوك الفضاء كولومبيا. عندما مكوك الفضاء تحلق في الغلاف الجوي، والألواح العازلة منع الحرارة من دخول الدرع الحراري من خلال الفجوة بين لوحات العزل. الألياف الألومينا له أهمية استراتيجية هامة وقيمة تجارية كبيرة في الجيش والفضاء، وجذب العديد من البلدان لاستثمار الكثير من القوى العاملة والموارد المادية والموارد المالية للبحث والتطوير والاستفادة. ومع ذلك، فإن الألياف الألومينا لديه كثافة عالية والموصلية الحرارية العالية، مما يحد من تطبيقها.

Sep 04, 2020