Proceso de preparación de materiais compostos de fibra de carbono

Visión xeral dos materiais compostos de carbono-carbono

Material composto carbono/carbono (C/C).é un material composto reforzado con fibra de carbono cunha serie de excelentes propiedades, como alta resistencia e módulo, gravidade específica lixeira, pequeno coeficiente de expansión térmica, resistencia á corrosión, resistencia ao choque térmico, boa resistencia á fricción e boa estabilidade química. É un novo tipo de material composto de temperatura ultra alta.

C/C material compostoé un excelente material de enxeñería integrado de estrutura térmica e funcional. Como outros materiais compostos de alto rendemento, é unha estrutura composta composta por unha fase reforzada con fibra e unha fase básica. A diferenza é que tanto a fase reforzada como a fase básica están compostas de carbono puro con propiedades especiais.

Materiais compostos de carbono/carbonoestán feitos principalmente de feltro de carbono, tea de carbono, fibra de carbono como reforzo e carbono depositado en vapor como matriz, pero só ten un elemento, que é o carbono. Para aumentar a densidade, o carbono xerado pola carbonización impregnase con carbono ou impregnase con resina (ou asfalto), é dicir, os materiais compostos carbono/carbono están feitos de tres materiais de carbono.

Proceso de fabricación de materiais compostos carbono-carbono

1) Selección de fibra de carbono

A selección de paquetes de fibra de carbono e o deseño estrutural dos tecidos de fibra son a base para a fabricación.C/C composto. As propiedades mecánicas e termofísicas dos compostos C/C pódense determinar seleccionando racionalmente os tipos de fibras e os parámetros de tecido de tecidos, como a orientación da disposición do fío, o espazo entre os fíos, o contido do volume do fío, etc.

2) Preparación da preforma de fibra de carbono

A preforma de fibra de carbono refírese a un espazo en branco que se forma na forma estrutural necesaria da fibra segundo a forma do produto e os requisitos de rendemento para levar a cabo o proceso de densificación. Existen tres métodos principais de procesamento de pezas estruturais preformadas: tecido suave, teceduría dura e teceduría mixta suave e dura. Os principais procesos de teceduría son: teceduría de fíos secos, disposición de grupos de varas preimpregnadas, punción de teceduría fina, enrolamento de fibras e teceduría global multidireccional tridimensional. Na actualidade, o principal proceso de teceduría utilizado nos materiais compostos C é a teceduría global multidireccional tridimensional. Durante o proceso de teceduría, todas as fibras tecidas están dispostas nunha determinada dirección. Cada fibra está compensada nun certo ángulo ao longo da súa propia dirección e entretecida entre si para formar un tecido. A súa característica é que pode formar un tecido global multidireccional tridimensional, que pode controlar eficazmente o contido do volume das fibras en cada dirección do material composto C/C, de xeito que o material composto C/C pode exercer propiedades mecánicas razoables. en todas as direccións.

3) Proceso de densificación C/C

O grao e a eficiencia da densificación están afectados principalmente pola estrutura do tecido e os parámetros do proceso do material base. Os métodos de proceso utilizados actualmente inclúen a carbonización por impregnación, a deposición química de vapor (CVD), a infiltración de vapor químico (CVI), a deposición líquida química, a pirólise e outros métodos. Existen dous tipos principais de métodos de proceso: proceso de carbonización por impregnación e proceso de infiltración de vapor químico.

Impregnación-carbonización en fase líquida

O método de impregnación en fase líquida é relativamente sinxelo no equipo e ten unha ampla aplicabilidade, polo que o método de impregnación en fase líquida é un método importante para preparar materiais compostos C/C. Trátase de mergullar a preforma feita de fibra de carbono no impregnante líquido e facer que o impregnante penetre completamente nos ocos da preforma mediante presurización e, a continuación, a través dunha serie de procesos como o curado, a carbonización e a grafitización, obter finalmenteMateriais compostos C/C. A súa desvantaxe é que son necesarios ciclos repetidos de impregnación e carbonización para acadar os requisitos de densidade. A composición e estrutura do impregnante no método de impregnación en fase líquida son moi importantes. Non só afecta a eficiencia da densificación, senón que tamén afecta ás propiedades mecánicas e físicas do produto. A mellora do rendemento de carbonización do impregnante e a redución da viscosidade do impregnante foron sempre unha das cuestións fundamentais a resolver na preparación de materiais compostos C/C mediante o método de impregnación en fase líquida. A alta viscosidade e o baixo rendemento de carbonización do impregnante son unha das razóns importantes do alto custo dos materiais compostos C/C. Mellorar o rendemento do impregnante non só pode mellorar a eficiencia de produción de materiais compostos C/C e reducir o seu custo, senón tamén mellorar as diversas propiedades dos materiais compostos C/C. Tratamento antioxidación de materiais compostos C/C A fibra de carbono comeza a oxidarse a 360 °C no aire. A fibra de grafito é lixeiramente mellor que a fibra de carbono e a súa temperatura de oxidación comeza a oxidarse a 420 °C. A temperatura de oxidación dos materiais compostos C/C é duns 450 °C. Os materiais compostos C/C son moi fáciles de oxidar nunha atmosfera oxidativa de alta temperatura e a taxa de oxidación aumenta rapidamente co aumento da temperatura. Se non hai medidas anti-oxidación, o uso a longo prazo de materiais compostos C/C nun ambiente oxidativo a alta temperatura causará inevitablemente consecuencias catastróficas. Polo tanto, o tratamento anti-oxidación dos materiais compostos C/C converteuse nunha parte indispensable do seu proceso de preparación. Desde a perspectiva da tecnoloxía anti-oxidación, pódese dividir en tecnoloxía anti-oxidación interna e tecnoloxía de revestimento anti-oxidación.

Fase de vapor químico

A deposición química de vapor (CVD ou CVI) consiste en depositar carbono directamente nos poros do branco para conseguir o propósito de encher os poros e aumentar a densidade. O carbono depositado é fácil de grafitizar e ten unha boa compatibilidade física coa fibra. Non se encollerá durante a re-carbonización como o método de impregnación, e as propiedades físicas e mecánicas deste método son mellores. Non obstante, durante o proceso CVD, se se deposita carbono na superficie do branco, evitará que o gas se difunda nos poros internos. O carbono depositado na superficie debe ser eliminado mecánicamente e despois debe realizarse unha nova rolda de deposición. Para produtos grosos, o método CVD tamén ten certas dificultades e o ciclo deste método tamén é moi longo.