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. letech 20. století pod vlivem tehdejší světové ropné krize.
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, v roce 2024 se počítá s výnosem 2,4 miliardy USD.
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 thumb|200px|right|Schéma procesu sol-gel
Handbuch Faserverbundkunststoffe, Springer-Verlag 2014, , str. 160-164
TechnologiezvlákňováníChemické složeníběžně vyráběných druhůSol-gel Al2O3, SiO2, Y3Al5O12, TiO2s prekurzory MgAl2O4, Y3Al5O12, TiO2CVD TiO2
Výrobní proces sol-gel Princip:
Z prekurzoru (např. polycarbomethylsilan) 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.
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. náhled|200px|Rouno z krátkých oxidových keramických vláken Příklady oxidových filamentů ze začátku 21. století:
ZnačkavláknaSložení(%)JemnostµmHustotag/cm3PevnostMPaModulGPaCenaUSD/kgNextel 312 Al2O3 (62)SiO2 (24)B2O3 (14)10–122,71700150150Nextel 610 Al2O310–123,8819003732000
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 thumb| 200px |right| Keramická vlákna z β-SiC vyrobená pyrolýzou z prekurzoru
TechnologiezvlákňováníChemické složeníběžně vyráběných druhůs prekurzory SiC, Si3N4CVD SiC, B4C
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. (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.
náhled|200px|Úlomek kompozitu s výztuží z SiC-filamentů (1000x zvětšený)
Příklady neoxidových filamentů ze začátku 21. století:
ZnačkavláknaSložení(%)JemnostµmHustotag/cm3PevnostMPaModulGPaCenaUSD/kgNicalon NL Si (56,5)C (31,2)O (12,3)142,503000200700HI-Nicalon Si (63,7)C (35,8)O (0,5)142,74280027012000
Použití (téměř výlučně) astronautika, letectví, jaderná energetika.
Odkazy Reference
Literatura Veit: Fibers, Springer Nature 2022, ISBN 978-3-031-15309-9, str. 927-936 Bansal: Handbook of ceramic composites, Kluwer Academic Publishers 2005, , str. 3-32 Walter Krenkel: Keramische Verbundwerkstoffe, WILEY-VCH Verlag 2003, , str. 23-47 Koslowski: Chemiefaser-Lexikon:Begriffe-Zahlen-Handelsnamen, Deutscher Fachverlag 2008, , str. 116
Související články Vláknové kompozity Vlákna z karbidu křemíku Nextel Nicalon Sylramic Tyranno
Externí odkazy
Kategorie:Umělá textilní vlákna