Keramická textilní vlákna
Keramická textilní vlákna jsou polykrystaliny nebo amorfní keramické výrobky z nekovových anorganických látek.
Z amorfních nekovových látek se zhotovují také skleněná vlákna, ta se však nepovažují za keramické výrobky (odlišují se výrobní technologií).[1]
Z historie keramických vláken
V roce 1942 bylo v USA vynalezeno první keramické textilní vlákno (filament vyrobený zvlákňováním z taveniny aluminosilikátu), s průmyslovou výrobou vláken se začalo v roce 1953. K širšímu použití keramických textiií došlo v 70. letech 20. století pod vlivem tehdejší světové ropné krize.[2]
V 21. století se výroba keramických vláken rozšiřuje ročně o 5-10 %. V roce 2017 obnášel celosvětový výnos z prodeje keramických vláken 1,63 miliardy USD, do roku 2022 se odhadovalo zvýšení na ročních 2,6 miliard.[3]
Druhy keramických vláken
Výrobky se zpravidla dělí na dvě skupiny: vlákna oxidová a neoxidová.
Oxidová keramická vlákna
Oxidová vlákna jsou výrobky z oxidů s vysokým bodem tání [4]
Způsob výroby a struktura produktů
Technologie zvlákňování | Chemické složení běžně vyráběných druhů |
---|---|
Sol-gel | Al2O3, SiO2, Y3Al5O12, TiO2 |
s prekurzory | MgAl2O4, Y3Al5O12, TiO2 |
CVD | TiO2 |
Vlastnosti
Oxidová keramická vlákna se průmyslově vyrábí ve formě filamentů nebo sekaných vláken (chopped) v jemnostech ca 10-20 µm, s tažnou pevností 1700- 3300 MPa a modulem pružnosti 150-370 GPa. Vlákno je odolné proti oxidaci, ale má sklon k deformaci při mechanickém zatížení a teplotách nad 1100 °C a dá se poměrně levně vyrábět.[4]
Příklady oxidových filamentů ze začátku 21. století:
Značka vlákna | Složení (%) | Jemnost µm | Hustota g/cm3 | Pevnost MPa | Modul GPa | Cena USD/kg |
---|---|---|---|---|---|---|
Nextel 312 | Al2O3 (62) SiO2 (24) B2O3 (14) | 10-12 | 2,7 | 1700 | 150 | 150 |
Nextel 610 | Al2O3 | 10-12 | 3,88 | 1900 | 373 | 2000 |
Použití
Tepelné izolace (Saffil, Nextel 312) v cenách od 4,50 €/kg, brzdová obložení (od 9 €/kg),[7] filtry, výztuže kompozitů (Nicalon), trysky hořáků[8]
Neoxidová keramická vlákna
Neoxidová vlákna jsou výrobky na bázi sloučenin SiC a Si-C-(N)-O.[4]
Způsob výroby a struktura produktů
Technologie zvlákňování | Chemické složení běžně vyráběných druhů |
---|---|
s prekurzory | SiC, Si3N4 |
CVD | SiC, B4C |
Vlastnosti
Neoxidová jsou vysoce odolná proti deformaci až do 1500 °C, pevnější (až 4000 Mpa) a pružnější než oxidová vlákna, málo odolná proti oxidaci v atmosféře a velmi drahá ve výrobě. [9]
Příklady neoxidových filamentů ze začátku 21. století:
Značka vlákna | Složení (%) | Jemnost µm | Hustota g/cm3 | Pevnost MPa | Modul GPa | Cena USD/kg |
---|---|---|---|---|---|---|
Nicalon NL | Si (56,5) C (31,2) O (12,3) | 14 | 2,50 | 3000 | 200 | 700 |
HI-Nicalon | Si (63,7) C (35,8) O (0,5) | 14 | 2,74 | 2800 | 270 | 12000 |
Použití
(téměř výlučně) astronautika, letectví, jaderná energetika[8]
Odkazy
Související články
Reference
- Modern Aspects of Ceramic Fiber Development [online]. Scientific.Net, 2019 [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (anglicky)
- History of HTIW Product [online]. HTIW Coalition, 201é [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (anglicky)
- Ceramic Fiber Market [online]. Markets and Markets, 2019 [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (anglicky)
- Ceramic Fibres [online]. NPTEL, 2009-2011 [cit. 2019-02-23]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2019-03-06. (anglicky)
- Handbuch Faserverbundkunststoffe, Springer-Verlag 2014, ISBN 9783658027551, str. 160-164
- Keramikfasern-Entwicklungsstand und Ausblick [online]. Technische Textilien, 2000 [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (německy)
- refractory ceramic fibre [online]. Zauba, 2018 [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (anglicky)
- Strukturuntersuchungen und Optimierungen [online]. ITCF Denkendorf, 2010 [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (německy)
- Herstellung und Charakterisierung von hochtemperaturbeständigen Fasern [online]. Universität Stuttgart, 2014-07-28 [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (německy)
Literatura
- Bansal: Handbook of ceramic composites, Kluwer Academic Publishers 2005, ISBN 1-4020-8133-2, str. 3-32
- Walter Krenkel: Keramische Verbundwerkstoffe, WILEY-VCH Verlag 2003, ISBN 3-527-30529-7, str. 23-47
- Koslowski: Chemiefaser-Lexikon:Begriffe-Zahlen-Handelsnamen, Deutscher Fachverlag 2008, ISBN 3-87150-876-4, str. 116