Hiilikuitukomposiittimateriaalien valmistusprosessi

Hiili-hiilikomposiittimateriaalien yleiskatsaus

Hiili/hiili (C/C) komposiittimateriaalion hiilikuituvahvistettu komposiittimateriaali, jolla on sarja erinomaisia ​​ominaisuuksia, kuten korkea lujuus ja moduuli, kevyt ominaispaino, pieni lämpölaajenemiskerroin, korroosionkestävyys, lämpöiskunkestävyys, hyvä kitkankestävyys ja hyvä kemiallinen stabiilisuus. Se on uudentyyppinen ultrakorkean lämpötilan komposiittimateriaali.

C/C komposiittimateriaalion erinomainen lämpörakennetoiminnallinen integroitu suunnittelumateriaali. Kuten muutkin korkean suorituskyvyn komposiittimateriaalit, se on komposiittirakenne, joka koostuu kuituvahvisteisesta faasista ja perusfaasista. Erona on, että sekä lujitettu faasi että perusfaasi koostuvat puhtaasta hiilestä, jolla on erityisiä ominaisuuksia.

Hiili/hiilikomposiittimateriaalitvalmistetaan pääasiassa hiilihuovasta, hiilikankaasta, hiilikuidusta vahvistuksena ja höyrykerrostetusta hiilestä matriisina, mutta siinä on vain yksi elementti, joka on hiili. Tiheyden lisäämiseksi hiiltyessä syntyvä hiili kyllästetään hiilellä tai kyllästetään hartsilla (tai asfaltilla), eli hiili/hiili-komposiittimateriaalit valmistetaan kolmesta hiilimateriaalista.

Hiili-hiili-komposiittimateriaalien valmistusprosessi

1) Hiilikuidun valinta

Hiilikuitunippujen valinta ja kuitukankaiden rakennesuunnittelu ovat valmistuksen perustaC/C komposiitti. C/C-komposiittien mekaaniset ja lämpöfysikaaliset ominaisuudet voidaan määrittää valitsemalla järkevästi kuitutyypit ja kankaan kudontaparametrit, kuten lankakimpun järjestelyn suunta, lankakimppujen välinen etäisyys, lankakimpun tilavuuspitoisuus jne.

2) Hiilikuituaihion valmistus

Hiilikuituaihiolla tarkoitetaan aihiota, joka muotoillaan kuidun vaadittuun rakenteelliseen muotoon tuotteen muodon ja suorituskykyvaatimusten mukaisesti tiivistysprosessin suorittamiseksi. Esimuotoilluille rakenneosille on olemassa kolme pääkäsittelymenetelmää: pehmeä kudonta, kova kudonta ja pehmeä ja kova sekakudonta. Tärkeimmät kudontaprosessit ovat: kuivalankakudonta, esikyllästetyt sauvaryhmäjärjestelyt, hienokudontapuhkaisu, kuitukäämitys ja kolmiulotteinen monisuuntainen kokonaiskudonta. Tällä hetkellä pääasiallinen C-komposiittimateriaalien kudontaprosessi on kolmiulotteinen monisuuntainen kokonaiskudonta. Kudontaprosessin aikana kaikki kudotut kuidut järjestetään tiettyyn suuntaan. Jokainen kuitu on siirretty tietyssä kulmassa omaan suuntaansa ja kudottu toisiinsa kankaan muodostamiseksi. Sen ominaispiirre on, että se voi muodostaa kolmiulotteisen monisuuntaisen kokonaiskankaan, joka voi tehokkaasti ohjata kuitujen tilavuuspitoisuutta C/C-komposiittimateriaalin jokaisessa suunnassa, jotta C/C-komposiittimateriaalilla voi olla kohtuulliset mekaaniset ominaisuudet. kaikkiin suuntiin.

3) C/C-tiivistysprosessi

Tiivistymisen asteeseen ja tehokkuuteen vaikuttavat pääasiassa kankaan rakenne ja perusmateriaalin prosessiparametrit. Nykyisin käytössä olevia prosessimenetelmiä ovat kyllästyshiiltäminen, kemiallinen höyrypinnoitus (CVD), kemiallinen höyryinfiltraatio (CVI), kemiallinen nestepinnoitus, pyrolyysi ja muut menetelmät. Prosessimenetelmiä on kahta päätyyppiä: kyllästyshiiletysprosessi ja kemiallinen höyrynsuodatusprosessi.

Nestefaasikyllästys-karbonointi

Nestefaasikyllästysmenetelmä on laitteistoissa suhteellisen yksinkertainen ja sen käyttökelpoisuus on laaja, joten nestefaasikyllästysmenetelmä on tärkeä menetelmä C/C-komposiittimateriaalien valmistuksessa. Se on upottaa hiilikuidusta valmistettu aihio nestemäiseen kyllästysaineeseen ja saada kyllästysaine tunkeutumaan täysin esimuotin tyhjiin paineisiin, ja sitten useiden prosessien, kuten kovetuksen, karbonoinnin ja grafitoinnin kautta, lopuksi saada.C/C komposiittimateriaalit. Sen haittana on, että tiheysvaatimusten saavuttaminen vaatii toistuvia kyllästys- ja hiiltymisjaksoja. Kyllästysaineen koostumus ja rakenne nestefaasikyllästysmenetelmässä ovat erittäin tärkeitä. Se ei vaikuta ainoastaan ​​tiivistystehoon, vaan myös tuotteen mekaanisiin ja fysikaalisiin ominaisuuksiin. Kyllästysaineen hiiltymissaannon parantaminen ja kyllästeen viskositeetin vähentäminen ovat aina olleet yksi keskeisistä ratkaistavista kysymyksistä C/C-komposiittimateriaalien valmistuksessa nestefaasikyllästysmenetelmällä. Kyllästysaineen korkea viskositeetti ja alhainen hiiltyvyys ovat yksi tärkeimmistä syistä C/C-komposiittimateriaalien korkeisiin kustannuksiin. Kyllästysaineen suorituskyvyn parantaminen ei voi vain parantaa C/C-komposiittimateriaalien tuotantotehokkuutta ja vähentää niiden kustannuksia, vaan myös parantaa C/C-komposiittimateriaalien erilaisia ​​ominaisuuksia. C/C-komposiittimateriaalien hapettumisenestokäsittely Hiilikuitu alkaa hapettua 360°C:ssa ilmassa. Grafiittikuitu on hieman parempi kuin hiilikuitu, ja sen hapetuslämpötila alkaa hapettua 420°C:ssa. C/C-komposiittimateriaalien hapetuslämpötila on noin 450°C. C/C-komposiittimateriaalit ovat erittäin helppoja hapettaa korkean lämpötilan hapettavassa ilmakehässä, ja hapetusnopeus kasvaa nopeasti lämpötilan noustessa. Jos hapettumisenestotoimenpiteitä ei ole, C/C-komposiittimateriaalien pitkäaikainen käyttö korkean lämpötilan hapettavassa ympäristössä aiheuttaa väistämättä katastrofaalisia seurauksia. Siksi C/C-komposiittimateriaalien hapettumisenestokäsittelystä on tullut välttämätön osa sen valmistusprosessia. Hapettumisenestotekniikan näkökulmasta se voidaan jakaa sisäiseen hapettumisenestotekniikkaan ja antioksidanttipinnoitustekniikkaan.

Kemiallinen höyryfaasi

Kemiallinen höyrypinnoitus (CVD tai CVI) tarkoittaa hiilen kerrostamista suoraan aihion huokosiin, jotta saavutetaan tarkoitus täyttää huokoset ja lisätä tiheyttä. Saostunut hiili on helppo grafitoida ja sillä on hyvä fyysinen yhteensopivuus kuidun kanssa. Se ei kutistu uudelleenhiiltymisen aikana, kuten kyllästysmenetelmässä, ja tämän menetelmän fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet ovat paremmat. Kuitenkin CVD-prosessin aikana, jos hiiltä kerrostuu aihion pinnalle, se estää kaasua diffundoitumasta sisähuokosiin. Pinnalle kertynyt hiili on poistettava mekaanisesti ja sen jälkeen suoritettava uusi saostuskierros. Paksuille tuotteille CVD-menetelmällä on myös tiettyjä vaikeuksia, ja tämän menetelmän sykli on myös erittäin pitkä.