Понедельник, 17 Апрель 2017 11:15

Классификация промышленно производимых волокон

Классификация промышленно производимых волокон 

Керамические волокна, как правило, не металлические волокна (оксидные и неоксидные) за исключением волокон полученных из расплавов стёкол. Границу между стеклянными и оксидными керамическими волокнами провести не так просто, так и керамические волокна, полученные из золь-гель технологии, могут быть аморфными, и в этом смысле схожими со стеклянными волокнами; с другой стороны в последнее время разработаны методы получения керамических волокон, включающие получения расплава оксидной шихты. Термин «стеклянные» следует относить к волокнам, полученных из расплавов силикатного состава; основную группу оксидных «керамических» волокон составляют волокна на основе оксида алюминия, хотя существуют и другие волокна из высокотемпературных оксидов. Условную градацию между  -стекло и керамическим волокнами также можно провести по температуре их применения: первые могут применяться лишь до 1150°C (кремнеземистое волокно), вторые минимум  до 1400°C (в случае SiC волокон в неокисленной атмосфере) и 1600°C (для высокотемпературных оксидных волокон на основе Al2J3), а в некоторых случаях до 2000°C - 2500°C (волокна из ZrO2,ThO2).

 

Первоначально оксидные керамические волокна использовали в качестве высокотемпературных теплозащитных материалов, стойких до 1600°C, однако не рассчитанных на высокую механическую нагрузку. Новый виток развития керамические волокна малого (не более 10-20 мкм) диаметра получили с тех пор, как появилась необходимость получения армирующих волокон для керамических и металлических композитов с температурой применения выше 500°C.

 

Для успешного применения керамических волокон в создании таких инновационных материалов, помимо химической и термической стабильности при повышенных температурах, к ним предъявляется ряд  других требований. Первым из них является достаточная гибкость - для того чтобы возможно было изготовление заготовок различной формы и размеров для дальнейшего формирования композита. Достаточную гибкость, даже для материалов с высоким модулем упругости, обеспечивает малый диаметр волокон: гибкость обратно пропорциональна четвёртой степени диаметра волокна. Например, для получения волокна из оксида алюминия или карбида кремния с модулем упругости 300 ГПа требуется диаметр 10 мкм. Также для большей технологичности процесса получения композита регламентируется значение минимального значения относительного удлинения волокна до разрушения: оно не должно быть ниже 1 %. Это влечёт за собой требования к прочности волокна: минимальная прочность на разрыв волокна с модулем упругости 200 ГПа должна составлять 2 ГПа. Для облегчения создаваемых материалов и конструкций также предъявляются требования к плотности волокна, которая не должна превышать 5 г/см3. Необходимыми являются долговременная химическая и термическая стабильность  и сопротивление ползучести при температуре свыше 1100°C.

 

Сегодня активно разрабатываются волокна из карбида кремния и на основе оксида алюминия. Применение каждого из этих классов керамических волокон имеет свои преимущества и недостатки. Волокна из карбида кремния обладают исключительной стойкостью к термическому удару, что делает их незаменимыми при производстве композиционных материалов для авиа- и космической отрасли. Однако такие волокна резко теряют свои эксплуатационные характеристики из-за частичного окисления уже при 1200°C.