Perspectivas de mercado de los compuestos de matriz cerámica
Perspectivas de mercado de los compuestos de matriz cerámica
Según un informe de Research And Markets, Un instituto internacional de investigación de mercados, se espera que el mercado mundial de compuestos de matriz cerámica crezca a partir de USD 11.35 miles de millones en 2021 a USD 12.26 miles de millones en 2022, a una CAGR de 8.05%. Se espera que el mercado crezca hasta el USD 17.15 miles de millones en 2026 a una CAGR de 8.75%.
Los materiales cerámicos tienen excelentes propiedades, como un alto punto de fusión, Alta dureza, Resistencia a la corrosión, y resistencia a la oxidación, y se puede utilizar en condiciones ambientales extremas, por lo que se han desarrollado rápidamente en el campo de la ingeniería, especialmente en la aviación, aeroespacial, automotor, Militar y otros campos. Sin embargo, la fragilidad, La falta de fiabilidad mecánica y la baja conductividad eléctrica de la cerámica limitan su amplia aplicación. La introducción del material de la segunda fase en la matriz cerámica es una forma eficaz de mejorar la estructura y las propiedades de los materiales cerámicos.
Como resultado, Nacieron los composites de matriz cerámica.
Composites de matriz cerámica (CMC) están compuestos por una matriz cerámica, fibras de refuerzo y una capa de interfaz. Las fibras se introducen en la matriz cerámica como materiales de refuerzo para formar un material compuesto con fibras como fase de refuerzo y matriz cerámica como fase continua.
Tiene las características de resistencia a altas temperaturas, Resistencia al desgaste, Resistencia a la fluencia a altas temperaturas, Baja conductividad térmica, Bajo coeficiente de dilatación térmica, Resistencia a la corrosión química, Alta resistencia, Alta dureza, Transmisión dieléctrica y ondulatoria.
Porque puede ser ampliamente utilizado en las condiciones de trabajo donde el material orgánico y el material metálico no pueden cumplir con los requisitos de rendimiento, Se ha convertido en un material estructural ideal para altas temperaturas, Y la gente le ha prestado cada vez más atención.
En particular, como un peso ligero, material compuesto estructural de alto rendimiento, Es ampliamente utilizado en campos de alta temperatura, y se ha convertido en el material preferido para los motores aeronáuticos, especialmente los componentes centrales de los motores aeronáuticos. En vista de esto, Muchos países están llevando a cabo activamente investigaciones sobre compuestos de matriz cerámica.
Composites de matriz cerámica C/SiC
La fibra de carbono no solo tiene las características de baja densidad, Alta resistencia específica, Resistencia al desgaste, Resistencia a la corrosión, conductividad eléctrica, Conductividad térmica, y bajo coeficiente de fricción, pero también tiene excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas.
En una atmósfera inerte y en un entorno superior 2000 °C, Las propiedades mecánicas aún no disminuyen. Sin embargo, Su resistencia a la oxidación a alta temperatura es pobre, por lo que generalmente se compone con metales, cerámica, resinas, etc. para preparar materiales compuestos avanzados utilizados en campos tecnológicos de vanguardia, como la industria aeroespacial y militar..
En el campo de los composites de matriz cerámica termoestructural, El carburo de silicio se ha convertido en uno de los principales candidatos para materiales matriciales debido a sus excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas (fuerza, Resistencia a la oxidación, Resistencia a la fluencia, etc.), Bajo coeficiente de dilatación térmica y fricción, Excelente conductividad térmica y eléctrica.
Sin embargo, la desventaja de las cerámicas de SiC es que son quebradizas.
Los compuestos de matriz cerámica C/SiC refuerzan la cerámica SiC mediante la adición de fibras de carbono, lo que puede hacer que el material absorba la energía de fractura por medio de la deflexión de la grieta, extracción y fractura de fibra de carbono y otros mecanismos durante el proceso de fractura.
No solo mejora la resistencia y tenacidad del material, pero también conserva el excelente rendimiento a altas temperaturas de la matriz de SiC, que es una excelente manera de preparar materiales estructurales avanzados de alto rendimiento.
Se ha convertido en el principal material candidato para motores aeronáuticos de alto rendimiento, y se aplicará gradualmente a dispositivos como los componentes del hot-end de las turbinas de gas, Frenos de alta velocidad, energía nuclear, e intercambiadores de calor.
Compuestos de SiCf/SiC
El material compuesto de matriz cerámica SiCf / SiC se refiere a la introducción de fibras de SiC en la matriz cerámica de SiC como material de refuerzo para formar un material compuesto con las fibras de refuerzo de SiC introducidas como fase dispersa y la matriz cerámica de SiC como fase continua.
Los compuestos de matriz cerámica SiCf/SiC conservan las ventajas de la resistencia a altas temperaturas, Alta resistencia, Resistencia a la oxidación, resistencia a la corrosión y resistencia al impacto de las cerámicas de SiC. Al mismo tiempo, tiene el efecto de refuerzo y endurecimiento de la fibra de SiC, que supera los defectos inherentes de baja tenacidad a la fractura y poca resistencia a la carga de impacto externo de las cerámicas de SiC.
Como material estructural térmico de alta temperatura con excelentes propiedades integrales, El compuesto SiCf/SiC tiene amplias perspectivas de aplicación en la aviación, aeroespacial, energía nuclear, Automóvil y otros campos, y se ha convertido en un punto de encuentro de investigación en varios países occidentales.
Óxido/Óxido Compuestos de Matriz Cerámica
Los materiales compuestos Ox/Ox se refieren a una clase de materiales que se componen con cerámica de óxido como matriz y fibras de óxido (generalmente 10-12 μm de diámetro). La resistencia a la temperatura de este material es ligeramente inferior a la del SiCf/SiC (alrededor de 1150 °C), sino porque no hay ningún problema de oxidación,
Su vida útil puede alcanzar decenas de miles de horas, combinado con baja densidad (alrededor de 2,5 g/cm3) y precio razonable, Es el material preferido para el turboeje, Estructura de alta temperatura del motor del núcleo de la turbina de gas y turborreactor, Estructura de la boquilla de cola del motor turbofan.
En términos de matriz, El enfoque de investigación actual en el país y en el extranjero sigue siendo la matriz de cuarzo, Matriz de mullita y matriz de alúmina. En términos de fibra, Se divide principalmente en tres categorías: Fibra de cuarzo, fibra de aluminosilicato y fibra de alúmina.
Compuestos de grafeno/matriz cerámica
El grafeno tiene una excelente mecánica, Propiedades eléctricas y térmicas, convirtiéndolo en uno de los materiales más atractivos. Al mismo tiempo, El grafeno tiene una gran superficie específica y es más fácil de dispersar en la matriz cerámica, que puede mejorar las propiedades de interfaz de los compuestos de matriz cerámica y mejorar la combinación con la matriz cerámica.
Es beneficioso para la transferencia de electrones, Los fonones y el estrés mecánico, y es un relleno ideal para la preparación de composites cerámicos con excelentes prestaciones. Numerosos estudios han demostrado que los compuestos de grafeno y cerámica tienen excelentes propiedades mecánicas, conductividad eléctrica, Conductividad térmica, Resistencia a la fricción y al desgaste, etc.
resumen
Además de la aplicación de un gran número de composites de matriz cerámica en los campos aeroespacial y de defensa, La alta demanda de vehículos ligeros en todo el mundo en el futuro también promoverá el rápido crecimiento del mercado de compuestos de matriz cerámica.
Con el fin de aumentar la autonomía de crucero de los vehículos eléctricos, Además de aumentar el rendimiento de la batería, Otro método es reducir el peso del coche. Esto impulsará a los fabricantes de automóviles a centrar su atención en los compuestos ligeros para reemplazar el acero y el hierro más pesados en los vehículos, con composites de matriz cerámica sin duda uno de los candidatos más importantes.
Según datos de McKinsey, Se espera que el uso de materiales ligeros en la industria automotriz aumente de 30% Para 70% por 2030, lo que promoverá en gran medida el desarrollo del mercado de compuestos de matriz cerámica.
