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).

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 textilií došlo v 70. +more letech 20. století pod vlivem tehdejší světové ropné krize.

V 21. století se výroba keramických vláken rozšiřuje ročně o 5-10 %. +more 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.

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.

Způsob výroby a struktura produktů

Schéma procesu sol-gel

Výrobní proces sol-gel

Princip:

Z prekurzoru (např. polycarbomethylsilan) vzniká ve vakuu při zvýšené teplotě hustá tekutá masa, která po zchlazení ztuhne. +more Tento sklovitý materiál se pak taví a protlačuje tryskou, vznikající gelové vlákno obsahuje organické částice, které se odstraňují sušením a pyrolýzou. Sintrováním při vysokých teplotách (1800-2000 °C) pak materiál krystalizuje a zhušťuje se.

Vlákna se vyrábějí ve formě rovingů s max. 1000 filamenty nebo jako monofilamenty s tloušťkou nad 100 µm. +more Většinou jsou to oxidová vlákna, možná je však také výroba neoxidových a nekrystalických systémů.

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. +more Rouno z krátkých oxidových keramických vláken Příklady oxidových filamentů ze začátku 21. století:.

Použití

Tepelné izolace (Saffil, Nextel 312) v cenách od 4,50 €/kg, brzdová obložení (od 9 €/kg), filtry, výztuže kompozitů (Nicalon), trysky hořáků.

Neoxidová keramická vlákna

Neoxidová vlákna jsou výrobky na bázi sloučenin SiC a Si-C-(N)-O.

Způsob výroby a struktura produktů

pyrolýzou z prekurzoru

V roce 2015 byla např. laboratorně vyrobena keramická vlákna z karbidu křemíku β-SiC kombinací tzv. +more silového zvlákňování (forcespinning) a mikrovlnné pyrolýzy. Jako prekurzor byla použita sloučenina polystyrenu, uhlíku a křemíku (C2H6Si)n. Výrobní proces filamentů s průměrem 0,3-2 µm a délkou až 1,8 m (ukázka na mikroskopickém snímku vpravo) má být rychlejší než u dosud známých metod. (O komerčním využití této metody nebylo do roku 2022 nic publikováno).

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.

Úlomek kompozitu s výztuží z SiC-filamentů (1000x zvětšený)

Příklady neoxidových filamentů ze začátku 21. století:

Použití

(téměř výlučně) astronautika, letectví, jaderná energetika.

Odkazy

Reference

Literatura

Bansal: Handbook of ceramic composites, Kluwer Academic Publishers 2005, str. 3-32 * Walter Krenkel: Keramische Verbundwerkstoffe, WILEY-VCH Verlag 2003, str. +more 23-47 * Koslowski: Chemiefaser-Lexikon:Begriffe-Zahlen-Handelsnamen, Deutscher Fachverlag 2008, str. 116.

Související články

Vláknové kompozity * Nextel * Nicalon * Sylramic * Tyranno

Externí odkazy

Kategorie:Umělá textilní vlákna