Whisker

: Hlavní článek: Whisker (krystalografie) Whisker (z angl.: knír, šlehač) je monokrystalické vlákno s vysokým poměrem délky k tloušťce. Whisker (cca 1 mm dlouhý) mezi bezolovnatými pozinkovanými kolíky

Materiál pro whiskery a jejich použití

Jako základní materiál se pro whiskery nejčastěji používá grafit a karbid křemíku (SiC). Whiskery se dosud používají výhradně jako výztuž do kompozitů.

Výroba a vlastnosti whiskerů

Whiskery rostou z přesycených plynů, chemickým rozkladem sloučenin, elektrolýzou, z tavenin nebo z pevných těles. V mnoha případech je tvoření whiskerů realizovatelné jen s použitím katalyzátorů.

Příklady výrobních postupů

Whiskery z karbidu křemíku (SiC) získané technologií VLS (vapour-liquid-solid), která je výhodná v tom, že umožňuje optimální řízení procesu a stejnoměrné vlákno:

Na substrát v reaktoru se zavede krystalický katalyzátor, např. ocel. +more Při teplotě cca 1400 °C se katalyzátor taví a povrchovým napětím se z něj formuje kulička. Reaktorem se prohání plyn, který obsahuje směs vodíku s methanem a páru oxidu křemičitého (SiO2). Roztavená kapka se přesytí uhlíkem a křemíkem, což vede ke krystalizaci SiC na substrátu. Whisker roste, při čemž kapka katalyzátoru na jeho špičce zůstává.

Whiskery vyráběné v tomto reaktoru mají průměr 4-6 mikronů a jsou průměrně 10 mm dlouhé, s tažnou pevností 8,4 GPa a s E-modulem 581 GPa. Pevnost a pružnost je nejméně trojnásobná oproti obyčejným vláknům vyrobeným ze stejné sloučeniny. +more * Podle jiné technologie se odlučuje whisker z karbidu křemíku reakcí vodíku z methyltrichlorosilanu (CH3SiCl3) na uhlíkový podklad při 1500 °C. * Také kombinace chlorosilanu, oxidu uhličitého a methanu jako zárodek pro whisker z křemíku a uhlíku je možná.

* Z krevetových skořápek se dá kyselou hydrolýzou připravit α-chitin jako výchozí látka k výrobě whiskerů. Úspěšně byly zvlákněny whiskery s průměrnou délkou cca 0,5 mm a tloušťkou 31 nm.

Nežádoucí růst whiskerů

Na povrchu elektrotechnických součástek se mohou spontánně tvořit whiskery z cínu (tenčí než 1 mikron). Tyto monokrystaly rostou sice velmi pomalu, ale po několika letech může dojít u miniaturních kontaktů z toho důvodu ke zkratu.

Vlastností a druhy vyráběných whiskerů

Následující tabulka obsahuje porovnání vlastností některých komerčně vyráběných whiskerů a vyztužujících vláken:

Whiskery mívají průměr (tloušťku) od 0,1 μm a délku do cca 20 mm. Poměr délky k průměru tak může dosáhnout až 10 000.

Tažná pevnost výchozí látky se u whiskerů využívá až k absolutnímu maximu (viz např. údaje u SiC).

Lomová houževnatost whiskerů je zpravidla podstatně vyšší než u polykrystalinových vláken ze stejného materiálu. Např. +more kompozity s matricí vyztuženou 5 % whiskerů Si3N4 mají více než dvojnásobnou houževnatost (8,8 ku 4) oproti matricím s výztuží z vláken Si3N4.

Elektrická vodivost u grafitových whiskerů je 1,5 x 106 S/m oproti 1,4 x 105 S/m u uhlíkových vláken.

Škodlivost whiskerů

Protože whiskery jsou velmi tenké a lehké, mohou se snadno vdechovat a na plících se neodbourávají. Platí proto za rakovinotvorné, zdravotní riziko je podobné jako u azbestových vláken. +more Zpracování je možné jen při nákladných ochranných opatřeních.

Odkazy

Reference

Literatura

S. M. Lee: Handbook of Composite Reinforcements, Wiley and Sons 1992,

Související články

Krystalizace

Kategorie:Textilní vlákna Kategorie:Umělá textilní vlákna Kategorie:Vysoce výkonná textilní vlákna