Szénszálas kompozit anyagok előkészítési folyamata

A szén-szén kompozit anyagok áttekintése

Szén/szén (C/C) kompozit anyagegy szénszál erősítésű kompozit anyag, amely számos kiváló tulajdonsággal rendelkezik, mint például nagy szilárdság és modulus, könnyű fajsúly, kis hőtágulási együttható, korrózióállóság, hősokkállóság, jó súrlódási ellenállás és jó kémiai stabilitás. Ez egy új típusú ultramagas hőmérsékletű kompozit anyag.

C/C kompozit anyagkiváló hőszerkezeti funkcionális integrált mérnöki anyag. Más nagy teljesítményű kompozit anyagokhoz hasonlóan ez is egy szálerősítésű fázisból és egy alapfázisból álló kompozit szerkezet. A különbség az, hogy az erősített fázis és az alapfázis is különleges tulajdonságokkal rendelkező tiszta szénből áll.

Szén/szén kompozit anyagokfőként szénfilcből, szénszövetből, erősítőként szénszálból és mátrixként gőzzel leválasztott szénből készülnek, de csak egy eleme van, ez a szén. A sűrűség növelése érdekében a karbonizáció során keletkező szenet szénnel impregnálják, vagy gyantával (vagy aszfalttal) impregnálják, azaz három szénanyagból készülnek a szén/szén kompozit anyagok.

Szén-szén kompozit anyagok gyártási folyamata

1) Szénszál kiválasztása

A szénszálas kötegek kiválasztása és a szálas szövetek szerkezeti kialakítása a gyártás alapjaC/C kompozit. A C/C kompozitok mechanikai tulajdonságai és termofizikai tulajdonságai meghatározhatók a száltípusok és a szövetszövési paraméterek racionális megválasztásával, mint például a fonalköteg-elrendezés orientációja, a fonalköteg-távolság, a fonalköteg térfogattartalma stb.

2) Szénszálas előforma készítése

A szénszálas előgyártmány olyan nyersdarabra vonatkozik, amelyet a termék alakjának és teljesítménykövetelményeinek megfelelően a szál kívánt szerkezeti alakjára alakítanak ki a tömörítési folyamat végrehajtása érdekében. Az előre kialakított szerkezeti részek három fő feldolgozási módja létezik: lágyszövés, keményszövés, valamint lágy és kemény vegyes szövés. A főbb szövési eljárások a következők: száraz fonalszövés, előre impregnált rúdcsoport-elrendezés, finomszövés-szúrás, száltekercselés és háromdimenziós többirányú összszövés. Jelenleg a C kompozit anyagokban használt fő szövési eljárás a háromdimenziós átfogó többirányú szövés. A szövési folyamat során minden szövött szál egy bizonyos irányban elrendeződik. Mindegyik szál egy bizonyos szögben el van tolva a saját iránya mentén, és összefonódik egymással, hogy szövetet képezzenek. Jellemzője, hogy háromdimenziós, többirányú szövetet tud alkotni, amely hatékonyan tudja szabályozni a szálak térfogatát a C/C kompozit anyag minden irányában, így a C/C kompozit anyag ésszerű mechanikai tulajdonságokat képes kifejteni. minden irányban.

3) C/C tömörítési folyamat

A tömörítés mértékét és hatékonyságát elsősorban a szövet szerkezete és az alapanyag feldolgozási paraméterei befolyásolják. A jelenleg alkalmazott eljárási módszerek közé tartozik az impregnáló karbonizálás, a kémiai gőzleválasztás (CVD), a kémiai gőzbeszivárgás (CVI), a kémiai folyadékleválasztás, a pirolízis és más módszerek. Az eljárási módszereknek két fő típusa van: az impregnáló karbonizációs eljárás és a kémiai gőz beszivárgási eljárás.

Folyékony fázisú impregnálás-karbonizálás

A folyadékfázisú impregnálási módszer viszonylag egyszerű a berendezésekben és széleskörűen alkalmazható, így a folyadékfázisú impregnálási módszer fontos módszer a C/C kompozit anyagok előállítására. A szénszálból készült előformát be kell meríteni a folyékony impregnálószerbe, és az impregnálószert nyomás alá helyezéssel teljesen behatolni az előforma üregeibe, majd olyan folyamatok során, mint a kikeményítés, a karbonizálás és a grafitosítás, végül megkapni.C/C kompozit anyagok. Hátránya, hogy ismételt impregnálási és karbonizálási ciklusok szükségesek a sűrűségi követelmények eléréséhez. A folyadékfázisú impregnálási módszernél nagyon fontos az impregnáló összetétele és szerkezete. Nemcsak a tömörítési hatékonyságot befolyásolja, hanem a termék mechanikai és fizikai tulajdonságait is. A C/C kompozit anyagok folyadékfázisú impregnálási eljárással történő előállítása során mindig is az egyik kulcsfontosságú megoldandó kérdés volt az impregnáló karbonizációs hozamának javítása és az impregnáló viszkozitásának csökkentése. Az impregnálószer magas viszkozitása és alacsony karbonizációs hozama az egyik fontos oka a C/C kompozit anyagok magas költségének. Az impregnálószer teljesítményének javítása nemcsak a C/C kompozit anyagok gyártási hatékonyságát javíthatja és költségét csökkentheti, hanem a C/C kompozit anyagok különféle tulajdonságait is javíthatja. C/C kompozit anyagok oxidációgátló kezelése A szénszál 360°C-on oxidálódni kezd a levegőben. A grafitszál valamivel jobb, mint a szénszál, és oxidációs hőmérséklete 420 °C-on kezd oxidálódni. A C/C kompozit anyagok oxidációs hőmérséklete körülbelül 450°C. A C/C kompozit anyagok nagyon könnyen oxidálhatók magas hőmérsékletű oxidatív atmoszférában, és az oxidációs sebesség gyorsan növekszik a hőmérséklet emelkedésével. Ha nincsenek antioxidáns intézkedések, a C/C kompozit anyagok hosszú távú használata magas hőmérsékletű oxidatív környezetben elkerülhetetlenül katasztrofális következményekkel jár. Ezért a C/C kompozit anyagok oxidációgátló kezelése az előállítási folyamat elengedhetetlen részévé vált. Az antioxidációs technológia szempontjából belső antioxidációs technológiára és antioxidációs bevonat technológiára osztható.

Kémiai gőzfázis

A kémiai gőzleválasztás (CVD vagy CVI) azt jelenti, hogy a szenet közvetlenül a nyersdarab pórusaiba rakják le, hogy elérjék a pórusok kitöltését és a sűrűség növelését. A lerakódott szén könnyen grafitizálható, és jó fizikai kompatibilitást mutat a szálakkal. Nem fog összezsugorodni az újrakarbonizáció során, mint az impregnálási módszer, és ennek a módszernek a fizikai és mechanikai tulajdonságai is jobbak. A CVD-folyamat során azonban, ha szén lerakódik a nyersdarab felületére, az megakadályozza, hogy a gáz a belső pórusokba diffundáljon. A felületre lerakódott szenet mechanikusan kell eltávolítani, majd új leválasztást kell végezni. Vastag termékek esetében a CVD-módszernek is vannak bizonyos nehézségei, és ennek a módszernek a ciklusa is nagyon hosszú.