Proses persiapan material komposit serat karbon

Ikhtisar Material Komposit Karbon-Karbon

Bahan komposit karbon/karbon (C/C).adalah material komposit yang diperkuat serat karbon dengan serangkaian sifat luar biasa seperti kekuatan dan modulus tinggi, berat jenis ringan, koefisien muai panas kecil, ketahanan korosi, ketahanan guncangan termal, ketahanan gesekan yang baik, dan stabilitas kimia yang baik. Ini adalah jenis baru dari material komposit suhu sangat tinggi.

Bahan komposit C/Cadalah bahan rekayasa terintegrasi fungsional-struktur termal yang sangat baik. Seperti material komposit berkinerja tinggi lainnya, ini adalah struktur komposit yang terdiri dari fase yang diperkuat serat dan fase dasar. Perbedaannya adalah fasa diperkuat dan fasa dasar tersusun dari karbon murni dengan sifat khusus.

Bahan komposit karbon/karbonsebagian besar terbuat dari kain kempa karbon, kain karbon, serat karbon sebagai penguat, dan karbon yang diendapkan uap sebagai matriks, tetapi hanya memiliki satu unsur, yaitu karbon. Untuk meningkatkan densitas, karbon yang dihasilkan dari karbonisasi diresapi dengan karbon atau diresapi dengan resin (atau aspal), yaitu material komposit karbon/karbon terbuat dari tiga bahan karbon.

Proses pembuatan material komposit karbon-karbon

1) Pilihan serat karbon

Pemilihan bundel serat karbon dan desain struktural kain serat menjadi dasar pembuatannyakomposit C/C. Sifat mekanik dan sifat termofisik komposit C/C dapat ditentukan dengan pemilihan jenis serat dan parameter tenunan kain secara rasional, seperti orientasi susunan ikatan benang, jarak ikatan benang, kandungan volume ikatan benang, dll.

2) Persiapan preform serat karbon

Bentuk awal serat karbon mengacu pada blanko yang dibentuk menjadi bentuk struktural serat yang diperlukan sesuai dengan bentuk produk dan persyaratan kinerja untuk melakukan proses pemadatan. Ada tiga metode pemrosesan utama untuk bagian struktural yang telah dibentuk sebelumnya: tenun lunak, tenun keras, dan tenun campuran lunak dan keras. Proses penenunan utama adalah: penenunan benang kering, pengaturan kelompok batang yang telah diresapi sebelumnya, tusukan tenun halus, penggulungan serat, dan penenunan keseluruhan multi-arah tiga dimensi. Saat ini, proses penenunan utama yang digunakan pada material komposit C adalah penenunan multi-arah keseluruhan tiga dimensi. Selama proses menenun, seluruh serat tenun disusun dalam arah tertentu. Setiap serat diimbangi pada sudut tertentu sepanjang arahnya sendiri dan terjalin satu sama lain untuk membentuk kain. Karakteristiknya adalah dapat membentuk keseluruhan kain tiga dimensi multi-arah, yang secara efektif dapat mengontrol kandungan volume serat di setiap arah material komposit C/C, sehingga material komposit C/C dapat memberikan sifat mekanik yang wajar. ke segala arah.

3) Proses densifikasi C/C

Derajat dan efisiensi pemadatan terutama dipengaruhi oleh struktur kain dan parameter proses bahan dasar. Metode proses yang saat ini digunakan meliputi karbonisasi impregnasi, deposisi uap kimia (CVD), infiltrasi uap kimia (CVI), deposisi cairan kimia, pirolisis dan metode lainnya. Ada dua jenis metode proses utama: proses karbonisasi impregnasi dan proses infiltrasi uap kimia.

Karbonisasi impregnasi fase cair

Metode impregnasi fase cair relatif sederhana dalam peralatan dan memiliki penerapan yang luas, sehingga metode impregnasi fase cair merupakan metode penting untuk menyiapkan material komposit C/C. Ini adalah dengan merendam preform yang terbuat dari serat karbon ke dalam impregnasi cair, dan membuat impregnasi sepenuhnya menembus ke dalam rongga preform dengan memberi tekanan, dan kemudian melalui serangkaian proses seperti pengawetan, karbonisasi, dan grafitisasi, akhirnya diperolehBahan komposit C/C. Kerugiannya adalah diperlukan siklus impregnasi dan karbonisasi berulang kali untuk mencapai persyaratan kepadatan. Komposisi dan struktur impregnasi dalam metode impregnasi fase cair sangat penting. Hal ini tidak hanya mempengaruhi efisiensi pemadatan, tetapi juga mempengaruhi sifat mekanik dan fisik produk. Meningkatkan hasil karbonisasi impregnasi dan mengurangi viskositas impregnasi selalu menjadi salah satu masalah utama yang harus diselesaikan dalam pembuatan material komposit C/C dengan metode impregnasi fase cair. Viskositas tinggi dan hasil karbonisasi impregnan yang rendah merupakan salah satu alasan penting mengapa material komposit C/C mahal. Meningkatkan kinerja impregnasi tidak hanya dapat meningkatkan efisiensi produksi material komposit C/C dan mengurangi biayanya, tetapi juga meningkatkan berbagai sifat material komposit C/C. Perlakuan anti-oksidasi bahan komposit C/C Serat karbon mulai teroksidasi pada suhu 360°C di udara. Serat grafit sedikit lebih baik daripada serat karbon, dan suhu oksidasinya mulai teroksidasi pada 420°C. Temperatur oksidasi material komposit C/C adalah sekitar 450°C. Material komposit C/C sangat mudah teroksidasi dalam atmosfer oksidatif bersuhu tinggi, dan laju oksidasi meningkat dengan cepat seiring dengan meningkatnya suhu. Jika tidak ada tindakan anti-oksidasi, penggunaan material komposit C/C dalam jangka panjang dalam lingkungan oksidatif bersuhu tinggi pasti akan menyebabkan konsekuensi bencana. Oleh karena itu, perlakuan anti-oksidasi pada material komposit C/C telah menjadi bagian tak terpisahkan dari proses preparasinya. Dari segi teknologi anti oksidasi dapat dibagi menjadi teknologi anti oksidasi internal dan teknologi pelapisan anti oksidasi.

Fase Uap Kimia

Deposisi uap kimia (CVD atau CVI) adalah menyimpan karbon langsung di pori-pori blanko untuk mencapai tujuan mengisi pori-pori dan meningkatkan kepadatan. Karbon yang disimpan mudah untuk digrafitisasi, dan memiliki kompatibilitas fisik yang baik dengan serat. Ini tidak akan menyusut selama karbonisasi ulang seperti metode impregnasi, dan sifat fisik dan mekanik metode ini lebih baik. Namun, selama proses CVD, jika karbon mengendap pada permukaan blanko, maka gas tersebut tidak dapat berdifusi ke pori-pori bagian dalam. Karbon yang disimpan di permukaan harus dihilangkan secara mekanis dan kemudian dilakukan putaran pengendapan baru. Untuk produk kental, metode CVD juga memiliki kesulitan tertentu, dan siklus metode ini juga sangat panjang.