Procés de preparació de materials compostos de fibra de carboni

Visió general dels materials compostos de carboni-carboni

Material compost carboni/carboni (C/C).és un material compost reforçat amb fibra de carboni amb una sèrie d'excel·lents propietats com ara gran resistència i mòdul, gravetat específica lleugera, petit coeficient d'expansió tèrmica, resistència a la corrosió, resistència al xoc tèrmic, bona resistència a la fricció i bona estabilitat química. És un nou tipus de material compost d'ultra alta temperatura.

Material compost C/Cés un excel·lent material d'enginyeria integrat d'estructura tèrmica i funcional. Com altres materials compostos d'alt rendiment, és una estructura composta composta per una fase reforçada amb fibra i una fase bàsica. La diferència és que tant la fase reforçada com la fase bàsica estan compostes de carboni pur amb propietats especials.

Materials compostos carboni/carboniestan fets principalment de feltre de carboni, tela de carboni, fibra de carboni com a reforç i carboni dipositat en vapor com a matriu, però només té un element, que és el carboni. Per augmentar la densitat, el carboni generat per la carbonització s'impregna amb carboni o s'impregna amb resina (o asfalt), és a dir, els materials compostos carboni/carboni estan fets de tres materials de carboni.

Procés de fabricació de materials compostos carboni-carboni

1) Elecció de fibra de carboni

La selecció de paquets de fibra de carboni i el disseny estructural de teixits de fibra són la base per a la fabricacióC/C compost. Les propietats mecàniques i termofísiques dels compostos C/C es poden determinar seleccionant racionalment els tipus de fibres i els paràmetres de teixit de teixit, com ara l'orientació de la disposició del paquet de fils, l'espaiat del paquet de fils, el contingut del volum del paquet de fils, etc.

2) Preparació de preforma de fibra de carboni

La preforma de fibra de carboni es refereix a un blanc que es forma en la forma estructural necessària de la fibra segons la forma del producte i els requisits de rendiment per dur a terme el procés de densificació. Hi ha tres mètodes principals de processament per a peces estructurals preformades: teixit suau, teixit dur i teixit mixt suau i dur. Els principals processos de teixit són: teixit de fil sec, disposició de grups de varetes preimpregnats, punxada de teixit fi, bobinat de fibra i teixit global multidireccional tridimensional. Actualment, el principal procés de teixit utilitzat en materials compostos C és el teixit multidireccional global tridimensional. Durant el procés de teixit, totes les fibres teixides es disposen en una direcció determinada. Cada fibra es desplaça en un angle determinat al llarg de la seva pròpia direcció i s'entrellaça entre si per formar un teixit. La seva característica és que pot formar un teixit global multidireccional tridimensional, que pot controlar eficaçment el contingut de volum de les fibres en cada direcció del material compost C/C, de manera que el material compost C/C pot exercir propietats mecàniques raonables. en totes direccions.

3) Procés de densificació C/C

El grau i l'eficiència de la densificació es veuen afectats principalment per l'estructura del teixit i els paràmetres de procés del material base. Els mètodes de procés utilitzats actualment inclouen la carbonització per impregnació, la deposició de vapor químic (CVD), la infiltració de vapor químic (CVI), la deposició líquida química, la piròlisi i altres mètodes. Hi ha dos tipus principals de mètodes de procés: procés de carbonització per impregnació i procés d'infiltració de vapor químic.

Impregnació-carbonització en fase líquida

El mètode d'impregnació en fase líquida és relativament senzill en equips i té una àmplia aplicabilitat, de manera que el mètode d'impregnació en fase líquida és un mètode important per preparar materials compostos C/C. Es tracta d'immergir la preforma feta de fibra de carboni a l'impregnant líquid i fer que l'impregnant penetri completament en els buits de la preforma mitjançant pressurització, i després a través d'una sèrie de processos com el curat, la carbonització i la grafitització, finalment obtenirMaterials compostos C/C. El seu inconvenient és que es necessiten cicles repetits d'impregnació i carbonització per aconseguir els requisits de densitat. La composició i l'estructura de l'impregnant en el mètode d'impregnació en fase líquida són molt importants. No només afecta l'eficiència de densificació, sinó que també afecta les propietats mecàniques i físiques del producte. Millorar el rendiment de carbonització de l'impregnant i reduir la viscositat de l'impregnant sempre ha estat una de les qüestions clau a resoldre en la preparació de materials compostos C/C mitjançant el mètode d'impregnació en fase líquida. L'alta viscositat i el baix rendiment de carbonització de l'impregnant són una de les raons importants de l'alt cost dels materials compostos C/C. Millorar el rendiment de l'impregnant no només pot millorar l'eficiència de producció de materials compostos C/C i reduir-ne el cost, sinó que també pot millorar les diferents propietats dels materials compostos C/C. Tractament antioxidació de materials compostos C/C La fibra de carboni comença a oxidar-se a 360 °C a l'aire. La fibra de grafit és lleugerament millor que la de carboni i la seva temperatura d'oxidació comença a oxidar-se a 420 °C. La temperatura d'oxidació dels materials compostos C/C és d'uns 450 °C. Els materials compostos C/C són molt fàcils d'oxidar en una atmosfera oxidativa d'alta temperatura i la velocitat d'oxidació augmenta ràpidament amb l'augment de la temperatura. Si no hi ha mesures anti-oxidació, l'ús a llarg termini de materials compostos C/C en un entorn oxidatiu d'alta temperatura provocarà inevitablement conseqüències catastròfiques. Per tant, el tractament antioxidació dels materials compostos C/C s'ha convertit en una part indispensable del seu procés de preparació. Des de la perspectiva de la tecnologia anti-oxidació, es pot dividir en tecnologia anti-oxidació interna i tecnologia de recobriment anti-oxidació.

Fase de vapor químic

La deposició química de vapor (CVD o CVI) consisteix a dipositar carboni directament als porus del blanc per aconseguir el propòsit d'omplir els porus i augmentar la densitat. El carboni dipositat és fàcil de grafititzar i té una bona compatibilitat física amb la fibra. No es reduirà durant la re-carbonització com el mètode d'impregnació, i les propietats físiques i mecàniques d'aquest mètode són millors. Tanmateix, durant el procés CVD, si es diposita carboni a la superfície del blanc, evitarà que el gas es difongui als porus interns. El carboni dipositat a la superfície s'ha d'eliminar mecànicament i després s'ha de realitzar una nova ronda de deposició. Per als productes gruixuts, el mètode CVD també té certes dificultats i el cicle d'aquest mètode també és molt llarg.