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 vlákenEditovat

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 vlákenEditovat

Výrobky se zpravidla dělí na dvě skupiny: vlákna oxidová a neoxidová.

Oxidová keramická vláknaEditovat

Oxidová vlákna jsou výrobky z oxidů s vysokým bodem tání [4]

Způsob výroby a struktura produktůEditovat

Technologie
zvlákňování
Chemické složení
běžně vyráběných druhů
Sol-gel Al2O3, SiO2, Y3Al5O12, TiO2
s prekurzory MgAl2O4, Y3Al5O12, TiO2
CVD TiO2

[5]

VlastnostiEditovat

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]

 
Rouno z krátkých oxidových keramických vláken

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

[6]

PoužitíEditovat

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 vláknaEditovat

Neoxidová vlákna jsou výrobky na bázi sloučenin SiC a Si-C-(N)-O.[4]

Způsob výroby a struktura produktůEditovat

Technologie
zvlákňování
Chemické složení
běžně vyráběných druhů
s prekurzory SiC, Si3N4
CVD SiC, B4C

[5]

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

VlastnostiEditovat

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

[6]

PoužitíEditovat

(téměř výlučně) astronautika, letectví, jaderná energetika[8]

OdkazyEditovat

Související článkyEditovat

Vláknové kompozity, Nextel, Nicalon, Sylramic, Tyranno

ReferenceEditovat

  1. Modern Aspects of Ceramic Fiber Development [online]. Scientific.Net, 2019 [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. History of HTIW Product [online]. HTIW Coalition, 201é [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (anglicky) 
  3. Ceramic Fiber Market [online]. Markets and Markets, 2019 [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (anglicky) 
  4. a b c Ceramic Fibres [online]. NPTEL, 2009-2011 [cit. 2019-02-23]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2019-03-06. (anglicky) 
  5. a b Handbuch Faserverbundkunststoffe, Springer-Verlag 2014, ISBN 9783658027551, str. 160-164
  6. a b Keramikfasern-Entwicklungsstand und Ausblick [online]. Technische Textilien, 2000 [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (německy) 
  7. refractory ceramic fibre [online]. Zauba, 2018 [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (anglicky) 
  8. a b Strukturuntersuchungen und Optimierungen [online]. ITCF Denkendorf, 2010 [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (německy) 
  9. Herstellung und Charakterisierung von hochtemperaturbeständigen Fasern [online]. Universität Stuttgart, 2014-07-28 [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (německy) 

LiteraturaEditovat

  • 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