Працэс падрыхтоўкі кампазітных матэрыялаў з вугляроднага валакна

Агляд вугляродна-вугляродных кампазітных матэрыялаў

Вуглярод/вуглярод (C/C) кампазітны матэрыялгэта армаваны вугляродным валакном кампазітны матэрыял з шэрагам выдатных уласцівасцей, такіх як высокая трываласць і модуль, лёгкая ўдзельная вага, малы каэфіцыент цеплавога пашырэння, каразійная ўстойлівасць, устойлівасць да тэрмічнага ўдару, добрая ўстойлівасць да трэння і добрая хімічная стабільнасць. Гэта новы тып кампазітнага матэрыялу для звышвысокіх тэмператур.

 

Кампазітны матэрыял C/Cз'яўляецца выдатным цеплавым структурна-функцыянальным інтэграваным інжынерным матэрыялам. Як і іншыя высокапрадукцыйныя кампазітныя матэрыялы, гэта кампазітная структура, якая складаецца з фазы, армаванай валакном, і асноўнай фазы. Розніца ў тым, што і армаваная фаза, і базавая фаза складаюцца з чыстага вугляроду з асаблівымі ўласцівасцямі.

 

Вуглярод/вугляродныя кампазітныя матэрыялыу асноўным зроблены з вугляроднага лямца, вугляроднай тканіны, вугляроднага валакна ў якасці арматуры і вугляроду, нанесенага парай, у якасці матрыцы, але ён мае толькі адзін элемент, якім з'яўляецца вуглярод. Каб павялічыць шчыльнасць, вуглярод, які ўтвараецца ў выніку карбанізацыі, прамакаюць вугляродам або смалой (або асфальтам), гэта значыць кампазітныя матэрыялы вуглярод/вуглярод вырабляюцца з трох вугляродных матэрыялаў.

 Вуглярод-вугляродныя кампазіты (6)

 

Працэс вытворчасці вугляродна-вугляродных кампазітных матэрыялаў

1) Выбар вугляроднага валакна

Выбар пучкоў вугляроднага валакна і структурная канструкцыя валаконнай тканіны з'яўляюцца асновай для вытворчасціC/C кампазіт. Механічныя ўласцівасці і цеплафізічныя ўласцівасці C/C кампазітаў можна вызначыць рацыянальным выбарам тыпаў валокнаў і параметраў перапляцення тканіны, такіх як арыентацыя размяшчэння пучкоў пражы, адлегласць паміж пучкамі пражы, аб'ёмнае ўтрыманне пучка пражы і інш.

 

2) Падрыхтоўка нарыхтоўкі з вугляроднага валакна

Нарыхтоўка з вугляроднага валакна адносіцца да нарыхтоўкі, якая фармуецца ў неабходную структурную форму валакна ў адпаведнасці з формай прадукту і патрабаваннямі да прадукцыйнасці, каб ажыццявіць працэс ушчыльнення. Існуюць тры асноўныя метады апрацоўкі гатовых канструкцыйных дэталяў: мяккае пляценне, цвёрдае пляценне і мяккае і цвёрдае змешанае пляценне. Асноўныя працэсы ткацтва: сухое ткацтва пражы, папярэдне прасякнутае размяшчэнне стрыжняў, пракол тонкага ткацтва, намотка валакна і трохмернае рознанакіраванае ткацтва ў цэлым. У цяперашні час асноўным працэсам ткацтва, які выкарыстоўваецца ў кампазітных матэрыялах C, з'яўляецца трохмернае агульнае рознанакіраванае пляценне. У працэсе пляцення ўсе сплеценыя валакна размяшчаюцца ў пэўным кірунку. Кожнае валакно зрушана пад пэўным вуглом у сваім уласным кірунку і пераплятаецца адно з адным, утвараючы тканіну. Яго характарыстыка заключаецца ў тым, што ён можа ўтвараць трохмерную шматнакіраваную агульную тканіну, якая можа эфектыўна кантраляваць аб'ёмнае ўтрыманне валокнаў у кожным кірунку кампазітнага матэрыялу C/C, так што кампазітны матэрыял C/C можа аказваць разумныя механічныя ўласцівасці ва ўсе бакі.

 

3) Працэс ушчыльнення C/C

На ступень і эфектыўнасць ушчыльнення ў асноўным уплываюць структура тканіны і тэхналагічныя параметры асноўнага матэрыялу. Метады працэсу, якія выкарыстоўваюцца ў цяперашні час, ўключаюць карбанізацыю насычэння, хімічнае асаджэнне з парнай фазы (CVD), хімічную інфільтрацыю з паравой фазы (CVI), хімічнае асаджэнне вадкасцю, піроліз і іншыя метады. Ёсць два асноўных тыпу метадаў працэсу: працэс карбанізацыі насычэння і працэс хімічнай інфільтрацыі пароў.

 Вуглярод-вугляродныя кампазіты (1)

Вадкафазная насычэнне-карбонізацыя

Метад вадкаснай насычэнні адносна просты ў абсталяванні і мае шырокае прымяненне, таму метад вадкаснай насычэнні з'яўляецца важным метадам падрыхтоўкі кампазітных матэрыялаў C/C. Гэта заключаецца ў апусканні нарыхтоўкі з вугляроднага валакна ў вадкі насычальнік, і прымусіць насычэнне цалкам пранікнуць у пустэчы нарыхтоўкі пад ціскам, а затым праз шэраг працэсаў, такіх як отвержденія, карбанізацыя і графітызацыі, нарэшце атрымацьC/C кампазітныя матэрыялы. Яго недахопам з'яўляецца тое, што для дасягнення патрабаванняў шчыльнасці неабходныя цыклы насычэння і карбанізацыі. Склад і структура импрегнанта ў вадкасным метадзе насычэння вельмі важныя. Гэта не толькі ўплывае на эфектыўнасць ушчыльнення, але і ўплывае на механічныя і фізічныя ўласцівасці прадукту. Павышэнне каэфіцыента карбанізацыі насычальніка і памяншэнне глейкасці насычэння заўсёды былі аднымі з ключавых пытанняў, якія неабходна вырашыць пры падрыхтоўцы кампазітных матэрыялаў C/C метадам вадкаснай насычэнні. Высокая глейкасць і нізкі выхад карбанізацыі насычэння з'яўляюцца адной з важных прычын высокага кошту кампазітных матэрыялаў C/C. Паляпшэнне прадукцыйнасці насычальніка можа не толькі павысіць эфектыўнасць вытворчасці кампазітных матэрыялаў C/C і знізіць іх кошт, але і палепшыць розныя ўласцівасці кампазітных матэрыялаў C/C. Апрацоўка кампазітных матэрыялаў C/C супраць акіслення. Вугляроднае валакно пачынае акісляцца на паветры пры 360°C. Графітавае валакно крыху лепш, чым вугляроднае, і яго тэмпература акіслення пачынае акісляцца пры 420 °C. Тэмпература акіслення C/C кампазітных матэрыялаў складае каля 450°C. Кампазітныя матэрыялы C/C вельмі лёгка акісляюцца ў высокатэмпературнай акісляльнай атмасферы, і хуткасць акіслення хутка ўзрастае з павышэннем тэмпературы. Калі няма мер супраць акіслення, працяглае выкарыстанне кампазітных матэрыялаў C/C у высокатэмпературным акісляльным асяроддзі непазбежна прывядзе да катастрафічных наступстваў. Такім чынам, антыакісляльная апрацоўка кампазітных матэрыялаў C/C стала неад'емнай часткай працэсу іх падрыхтоўкі. З пункту гледжання тэхналогіі антыакіслення яе можна падзяліць на тэхналогію ўнутранага антыакіслення і тэхналогію антыакісляльнага пакрыцця.

 

Хімічная паравая фаза

Хімічнае асаджэнне з паравай фазы (CVD або CVI) заключаецца ў адкладзе вугляроду непасрэдна ў порах нарыхтоўкі для дасягнення мэты запаўнення пор і павышэння шчыльнасці. Асаджаны вуглярод лёгка паддаецца графітызацыі і мае добрую фізічную сумяшчальнасць з валакном. Ён не будзе сціскацца падчас паўторнай карбанізацыі, як метад насычэння, і фізічныя і механічныя ўласцівасці гэтага метаду лепш. Аднак у працэсе CVD, калі вуглярод адкладаецца на паверхні нарыхтоўкі, гэта прадухіліць дыфузію газу ва ўнутраныя пары. Вуглярод, які адклаўся на паверхні, трэба выдаліць механічным спосабам, а затым правесці новы раунд нанясення. Для тоўстых вырабаў метад CVD таксама мае пэўныя цяжкасці, і цыкл гэтага метаду таксама вельмі доўгі.

Вуглярод-вугляродныя кампазіты (3)


Час публікацыі: 31 снежня 2024 г
Інтэрнэт-чат WhatsApp!