Керамічне волокно: властивості, виробництво, застосування
Існує безліч різновидів неорганічних волокон:
- скловолокно
- вуглецеве волокно
- базальтове волокно
- керамічне волокно та ін
Керамічне волокно має одні з найдрібніших за своєю структурою волокон. Давайте розглянемо докладніше керамічне волокно.
Що таке керамічне волокно?
Керамічне волокно – це штучне синтетичне волокно, виготовлене із дрібних ниток алюмосилікатних матеріалів високої чистоти. Воно також відоме як «керамічна вата», тому що з першого погляду має схожий зовнішній вигляд і також не має запаху.
Керамічне волокно відмінно підходить для застосування при високих температурах до 1260 С. Воно застосовується в багатьох галузях промисловості та є основною складовою для багатьох легких вогнетривів для високотемпературної ізоляції, електро- і звукоізоляції, фільтрації при високих температурах
Основні види матеріалів
- вогнетривкі плити
- вогнетривкі мати
- вогнестійка тканина
- високотемпературний папір та ін.
Хімічний склад керамічного волокна:
Al2O3 + SiO2> 97% (Al2O3 47%); Fe2O3< 1%
Властивості керамічного волокна
| Характеристики | Властивості |
| Діаметр волокна | 3 – 4,5 мкм |
| Діапазон рН | 2-12 |
| Теплопровідність | 0,10 - 0,12 Вт/м. при 100°C |
| Максимальна температура | 1700 °C |
| Усадка волокна (1260 С, 3 години) | < 3.5% |
| Робоча температура | 950-1100 С |
Способи виробництва керамічного волокна
1. Метод CVD
CVD – це поширений виробничий процес хімічного парофазного осадження для керамічних волокон. Це процес парофазного осадження матеріалу на підкладку осердя. Як основний компонент використовуються вольфрамові та вуглецеві мононитки C-типу. Всі процеси CVD показані на малюнку нижче парофазного осадження матеріал є продуктом розподілу газів.
2. Прядіння з розплаву
У традиційному процесі прядіння матеріали розплавляються та піддаються процесу прядіння. Оксиди у розплавленому стані продавлюються через сопла у процесі прядіння. При відносно високому тиску вони тверднуть шляхом охолодження.
3. Віджим шламу
Це альтернативна технологія. Оксидні та неоксидні волокна виробляються шляхом прядіння керамічних шламів. У цьому процесі шлам складається з трьох основних компонентів: частинок глинозему, суспензії глиноземного прекурсора та органічного полімеру.
4. Хімічна конверсія
Виробничий процес хімічної конверсії заснований на перетворенні керамічного волокна на інший склад за допомогою хімічних реакцій. У цьому процесі прекурсорне волокно зазнає осадження зовнішнього з'єднання. Воно проходить дифузію через поверхню волокна. Кінцеве керамічне волокно має склад бажаного хімічного вмісту після успішної реакції
C + Si → SiC
2C + SiO → SiC + CO
5. Процес обробки прекерамічних полімерів
Керамічне волокно містить різні типи елементів, таких як кремній, вуглець, азот, бор тощо. Ідея попередньої обробки керамічних полімерів ґрунтується на поєднанні цих елементів.
6. Виробництво монокристалічного волокна
Виробництво монокристалічних волокон використовується для виготовлення конкретних видів продукції, що застосовується в оптичній та електронній промисловості. Формування плівки (FED) - одна з найпоширеніших технологій виробництва монокристалічного кераміду різної форми, що вирощується з розплаву, розчину та пари.
Застосування керамічного волокна
Керамічні волокна в основному використовуються у двох сферах застосування:
- високотемпературна ізоляція;
- посилення металів та кераміки.
Загальне застосування керамічного волокна
- високотемпературні ізоляційні ущільнення та прокладки;
- тепловий екран;
- протипожежний бар'єр;
- вогнезахисна тканина;
- ізоляційні мати;
- захисний одяг;
- електрична ізоляція;
- композитна арматура;
- герметизація та ізоляція і так далі.
Переваги керамічного волокна
- чудова діелектрична міцність;
- відмінна хімічна стійкість;
- стійкість до теплового удару;
- низька теплопровідність;
- низька пористість тощо.
Спеціальне застосування керамічного волокна
Вогнетривкі мати та плити
Керамічне волокно – універсальний матеріал, який використовується для високотемпературної ізоляції. Отже, ізоляційні мати з керамічного волокна є ідеальним захистом від прямої дії високої температури. Вони широко використовуються в енергетиці, металургії та нафтохімічній промисловості.
Шнур із керамоволокна
Шнур із керамоволокна виготовляється також вогнетривкий шнур та стрічка для ізоляції дверей топок та інших видів ізоляції. Його можна використовувати у екстремальних теплових умовах (до 1350 С). Шнур з керамічного волокна також використовується як опора для кріплення різних термостійких конструкцій.
Папір ізоляційний
Керамічне волокно у паперовій формі ідеально підходить для ізоляції. Часто використовується як ізоляційні прокладки, ущільнювачі або фільтри гарячих газів. В даний час він широко використовується як прокладки для захисту від високих температур.
Вогнетривкі конструкції
Керамічне волокно часто використовується в будівництві для дотримання протипожежних норм. Часто воно використовується в протипожежних дверях, ізоляції печей, спеціальних термостійких контейнерах, високотемпературних трубах тощо.
Висновки та перспективи на майбутнє:
Керамічне волокно привертає увагу з останніх десятиліть. Сьогодні застосування виробів з керамічного волокна або керамічної вати з метою ізоляції стає набирає все більшої популярності. Композити, армовані керамічним волокном, застосовуються в компонентах авіаційних двигунів для аерокосмічних ракет. У 2025 році світовий ринок керамічного волокна може оцінюватись у 8,64 мільярда доларів США.
