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 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. 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 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.^[4]

Způsob výroby a struktura produktů

^[5]

Výrobní proces sol-gel

Princip:

Z prekurzoru (např. polycarbomethylsilan^[6]) vzniká ve vakuu při zvýšené teplotě hustá tekutá masa, která po zchlazení ztuhne. 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. Většinou jsou to oxidová vlákna, možná je však také výroba neoxidových a nekrystalických systémů.^[7][8]

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.^[4]

Příklady oxidových filamentů ze začátku 21. století:^[9]

Použití

Tepelné izolace (Saffil, Nextel 312) v cenách od 4,50 €/kg, brzdová obložení (od 9 €/kg),^[10] filtry, výztuže kompozitů (Nicalon), trysky hořáků.^[11]

Neoxidová keramická vlákna

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

Způsob výroby a struktura produktů

^[5]

V roce 2015 byla např. laboratorně vyrobena keramická vlákna z karbidu křemíku β-SiC kombinací tzv. 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.^[12] (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.^[13]

Příklady neoxidových filamentů ze začátku 21. století:^[9]

Použití

(téměř výlučně) astronautika, letectví, jaderná energetika.^[11]

Odkazy

Reference

Literatura

• 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

Související články

• Vláknové kompozity
• Nextel
• Nicalon
• Sylramic
• Tyranno

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu keramické textilní vlákno na Wikimedia Commons