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,[3] v roce 2024 se počítá s výnosem 2,4 miliardy USD.[4]
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.[5]
Způsob výroby a struktura produktů
Schéma procesu sol-gelSchéma procesu zvlákňování keramických materiálů
Z prekurzoru (např. polycarbomethylsilan[7]) 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.[8][9]
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.[5]
Rouno z krátkých oxidových keramických vláken
Příklady oxidových filamentů ze začátku 21. století:[10]
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
Použití
Tepelné izolace (Saffil, Nextel 312) v cenách od 4,50 €/kg, brzdová obložení (od 9 €/kg),[11] filtry, výztuže kompozitů (Nicalon), trysky hořáků.[12]
Neoxidová keramická vlákna
Neoxidová vlákna jsou výrobky na bázi sloučenin SiC a Si-C-(N)-O.[5]
Způsob výroby a struktura produktů
Keramická vlákna z β-SiC vyrobená pyrolýzou z prekurzoru
V roce 2015 byla např. laboratorně vyrobena keramická vlákna z karbidu křemíku β-SiC kombinací tzv. silového zvlákňování (forcespinning) a mikrovlnnépyrolýzy. 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.[13] (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.[14]
Úlomek kompozitu s výztuží z SiC-filamentů (1000x zvětšený)
Příklady neoxidových filamentů ze začátku 21. století:[10]
↑Synthesis of β-SiC Fine Fibers [online]. Journal of Ceramics, 2015-01-29 [cit. 2022-10-05]. Dostupné online. (anglicky)
↑Herstellung und Charakterisierung von hochtemperaturbeständigen Fasern [online]. Universität Stuttgart, 2014-07-28 [cit. 2019-02-23]. Dostupné online. (německy)
