Panoramica dei materiali compositi carbonio-carbonio
Materiale composito carbonio/carbonio (C/C).è un materiale composito rinforzato con fibra di carbonio con una serie di proprietà eccellenti come elevata resistenza e modulo, peso specifico leggero, piccolo coefficiente di dilatazione termica, resistenza alla corrosione, resistenza allo shock termico, buona resistenza all'attrito e buona stabilità chimica. È un nuovo tipo di materiale composito a temperatura ultraelevata.
Materiale composito C/Cè un eccellente materiale tecnico integrato struttura-funzione termica. Come altri materiali compositi ad alte prestazioni, è una struttura composita composta da una fase fibrorinforzata e una fase basica. La differenza è che sia la fase rinforzata che la fase basica sono composte da carbonio puro con proprietà speciali.
Materiali compositi carbonio/carboniosono costituiti principalmente da feltro di carbonio, tessuto di carbonio, fibra di carbonio come rinforzo e carbonio depositato a vapore come matrice, ma hanno solo un elemento, che è il carbonio. Per aumentare la densità, il carbonio generato dalla carbonizzazione è impregnato di carbonio o impregnato di resina (o asfalto), ovvero i materiali compositi carbonio/carbonio sono costituiti da tre materiali di carbonio.
Processo di produzione di materiali compositi carbonio-carbonio
1) Scelta della fibra di carbonio
La selezione dei fasci di fibre di carbonio e la progettazione strutturale dei tessuti in fibra costituiscono la base della produzioneComposito C/C. Le proprietà meccaniche e le proprietà termofisiche dei compositi C/C possono essere determinate selezionando razionalmente i tipi di fibre e i parametri di tessitura del tessuto, come l'orientamento della disposizione dei fasci di filati, la spaziatura dei fasci di filati, il contenuto in volume dei fasci di filati, ecc.
2) Preparazione della preforma in fibra di carbonio
La preforma in fibra di carbonio si riferisce a un pezzo grezzo che viene formato nella forma strutturale richiesta della fibra in base alla forma del prodotto e ai requisiti prestazionali per eseguire il processo di densificazione. Esistono tre metodi principali di lavorazione delle parti strutturali preformate: tessitura morbida, tessitura dura e tessitura mista morbida e dura. I principali processi di tessitura sono: tessitura di filati secchi, disposizione di gruppi di aste preimpregnate, foratura di tessitura fine, avvolgimento di fibre e tessitura complessiva multidirezionale tridimensionale. Allo stato attuale, il principale processo di tessitura utilizzato nei materiali compositi C è la tessitura multidirezionale complessiva tridimensionale. Durante il processo di tessitura, tutte le fibre tessute sono disposte in una determinata direzione. Ogni fibra è sfalsata di un certo angolo lungo la propria direzione e intrecciata tra loro per formare un tessuto. La sua caratteristica è che può formare un tessuto complessivo multidirezionale tridimensionale, che può controllare efficacemente il contenuto di volume delle fibre in ciascuna direzione del materiale composito C/C, in modo che il materiale composito C/C possa esercitare proprietà meccaniche ragionevoli in tutte le direzioni.
3) Processo di densificazione C/C
Il grado e l'efficienza della densificazione sono influenzati principalmente dalla struttura del tessuto e dai parametri di processo del materiale di base. I metodi di processo attualmente utilizzati includono carbonizzazione per impregnazione, deposizione chimica in fase vapore (CVD), infiltrazione chimica in fase vapore (CVI), deposizione chimica liquida, pirolisi e altri metodi. Esistono due tipi principali di metodi di processo: processo di carbonizzazione per impregnazione e processo di infiltrazione di vapori chimici.
Impregnazione-carbonizzazione in fase liquida
Il metodo di impregnazione in fase liquida è relativamente semplice nell'attrezzatura e ha un'ampia applicabilità, quindi il metodo di impregnazione in fase liquida è un metodo importante per preparare materiali compositi C/C. Si tratta di immergere la preforma in fibra di carbonio nell'impregnante liquido e far penetrare completamente l'impregnante nei vuoti della preforma mediante pressurizzazione, quindi attraverso una serie di processi come indurimento, carbonizzazione e grafitizzazione, ottenere infineMateriali compositi C/C. Lo svantaggio è che sono necessari ripetuti cicli di impregnazione e carbonizzazione per raggiungere i requisiti di densità. La composizione e la struttura dell'impregnante nel metodo di impregnazione in fase liquida sono molto importanti. Non influisce solo sull'efficienza di densificazione, ma influisce anche sulle proprietà meccaniche e fisiche del prodotto. Migliorare la resa di carbonizzazione dell'impregnante e ridurne la viscosità sono sempre stati uno dei problemi chiave da risolvere nella preparazione di materiali compositi C/C mediante il metodo di impregnazione in fase liquida. L'elevata viscosità e la bassa resa di carbonizzazione dell'impregnante sono uno dei motivi importanti dell'alto costo dei materiali compositi C/C. Migliorare le prestazioni dell'impregnante può non solo migliorare l'efficienza produttiva dei materiali compositi C/C e ridurne i costi, ma anche migliorare le varie proprietà dei materiali compositi C/C. Trattamento antiossidante materiali compositi C/C La fibra di carbonio inizia ad ossidarsi a 360°C nell'aria. La fibra di grafite è leggermente migliore della fibra di carbonio e la sua temperatura di ossidazione inizia a ossidarsi a 420°C. La temperatura di ossidazione dei materiali compositi C/C è di circa 450°C. I materiali compositi C/C sono molto facili da ossidare in un'atmosfera ossidativa ad alta temperatura e il tasso di ossidazione aumenta rapidamente con l'aumento della temperatura. Se non vengono adottate misure anti-ossidanti, l’uso a lungo termine di materiali compositi C/C in un ambiente ossidante ad alta temperatura causerà inevitabilmente conseguenze catastrofiche. Pertanto, il trattamento antiossidante dei materiali compositi C/C è diventato una parte indispensabile del processo di preparazione. Dal punto di vista della tecnologia antiossidante, può essere suddivisa in tecnologia antiossidante interna e tecnologia di rivestimento antiossidante.
Fase di vapore chimico
La deposizione chimica da fase vapore (CVD o CVI) consiste nel depositare carbonio direttamente nei pori del pezzo grezzo per raggiungere lo scopo di riempire i pori e aumentare la densità. Il carbonio depositato è facile da grafitizzare ed ha una buona compatibilità fisica con la fibra. Non si restringerà durante la ricarbonizzazione come il metodo di impregnazione e le proprietà fisiche e meccaniche di questo metodo sono migliori. Tuttavia, durante il processo CVD, se il carbonio si deposita sulla superficie del pezzo grezzo, impedirà al gas di diffondersi nei pori interni. Il carbonio depositato sulla superficie va rimosso meccanicamente e poi va effettuato un nuovo ciclo di deposizione. Per i prodotti spessi, anche il metodo CVD presenta alcune difficoltà e anche il ciclo di questo metodo è molto lungo.
Orario di pubblicazione: 31 dicembre 2024