Справочник по композиционным материалам

Экономические аспекты производства SiC-волокон

Важным экономическим обоснованием получения и применения волокон на базе SiC является особая значимость этих волокон как армирующей компоненты. Эти волокна имеют значительные преимущества перед борными при использовании в композитах с металлической матрицей. Следует иметь в виду, что борные волокна быстро теряют свои свойства при химическом воздей­ствии расплава алюминия в процессе формования КМ. Ниже пере­числены основные причины более низкой стоимости SiC-волокон.

1. Для получения 1 кг SiC-волокон необходимо всего 8 кг силана, в то время как для получения 1 кг борного волокна необ­ходимо 15 кг ВС13.

2. Цена 1 кг силана составляет около 1,65 долл., а 1 кг ВС18 — около 5,5 долл.

3. В настоящее время изготовление SiC-волокон предпочти­тельнее реализовать с использованием углеродного волокна в ка­честве основы, а не вольфрамовой проволоки. Для борного же волокна экономическая эффективность от использования более дешевого сырья основы и от увеличения скорости прохождения волокон через реактор вступают в противоречие.

4. Скорость получения SiC-волокон в реакторе вдвое выше скорости получения борного волокна, а следовательно, цена еди­ницы продукции — ниже.

5. Силаны существенно менее летучи, нежели ВС13, и, следова­тельно, ниже стоимость их конденсации, являющейся необходи­мой стадией процесса производства SiC-волокон.

Первый фактор, обусловливающий снижение цены SiC-во- локна, вызван тем, что масса комбинации кремний — углерод в молекуле силана существенно больше массы бора в ВС13. Тео­ретическое массовое соотношение SiC, получаемого из силана, составляет 3,5 (оно может изменяться в зависимости от того, какие силаны используются), в то время как массовое соотно - 232 шение бора из ВС13 составляет 10,84. Однако необходимое коли­чество силана выше, чем теоретической, так как часть силанов синтезируется и распадается во время процесса осаждения, а часть теряется в результате рециклизации. То же самое касается и количества ВС13 при получении борного волокна: потери на конденсацию и образование диборатов, которые могут рассматри­ваться как потери при повторной конденсации.

Силаны существенно дешевле ВС13 в основном из-за того, что они используются еще в целом ряде производств, в то время как ВС13 производят исключительно для получения борных волокон. Стоимость волокна является одним из определяющих факторов, от которого зависит уровень производства борного волокна или SiC-волокон.