Көміртекті талшықты композициялық материалдарды дайындау процесі

Көміртек-көміртекті композиттік материалдарға шолу

Көміртек/көміртек (C/C) композициялық материалжоғары беріктік пен модуль, жеңіл салыстырмалы ауырлық, шағын термиялық кеңею коэффициенті, коррозияға төзімділік, термиялық соққыға төзімділік, жақсы үйкеліске төзімділік және жақсы химиялық тұрақтылық сияқты тамаша қасиеттері бар көміртекті талшықты күшейтілген композициялық материал. Бұл өте жоғары температуралы композициялық материалдың жаңа түрі.

C/C композиттік материалтамаша жылу құрылымы-функционалды біріктірілген инженерлік материал болып табылады. Басқа жоғары өнімді композициялық материалдар сияқты, бұл талшықты күшейтілген фазадан және негізгі фазадан тұратын композициялық құрылым. Айырмашылығы мынада: күшейтілген фаза да, негізгі фаза да ерекше қасиеттері бар таза көміртектен тұрады.

Көміртекті/көміртекті композициялық материалдарнегізінен көміртекті киізден, көміртекті матадан, арматура ретінде көміртекті талшықтан және матрица ретінде бумен тұндырылған көміртектен жасалған, бірақ оның тек бір элементі бар, ол көміртек. Тығыздығын арттыру үшін көміртекті көміртекті көміртекпен сіңдіреді немесе шайырмен (немесе асфальтпен) сіңдіреді, яғни көміртекті/көміртекті композициялық материалдар үш көміртекті материалдан жасалады.

Көміртекті-көміртекті композициялық материалдарды өндіру процесі

1) Көміртекті талшықты таңдау

Көміртекті талшықты байламдарды таңдау және талшықты маталардың құрылымдық дизайны өндіріс үшін негіз болып табылады.C/C композит. C/C композиттерінің механикалық қасиеттері мен термофизикалық қасиеттерін талшық түрлерін және мата тоқу параметрлерін ұтымды таңдау арқылы анықтауға болады, мысалы, иірілген жіп байламы орналасуы, иірілген жіп байламы аралығы, жіп байламының көлемі және т.б.

2) Көміртекті талшықты преформаны дайындау

Көміртекті талшықтың дайындамасы тығыздау процесін жүргізу үшін өнімнің пішіні мен өнімділік талаптарына сәйкес талшықтың қажетті құрылымдық пішініне қалыптасатын дайындамаға жатады. Алдын ала дайындалған құрылымдық бөлшектерді өңдеудің үш негізгі әдісі бар: жұмсақ тоқу, қатты тоқу және жұмсақ және қатты аралас тоқу. Тоқудың негізгі процестері: құрғақ жіппен тоқу, алдын ала сіңдірілген стержендік топтарды орналастыру, жұқа тоқу пункциясы, талшықты орау және үш өлшемді көп бағытты жалпы тоқу. Қазіргі уақытта C композиттік материалдарда қолданылатын негізгі тоқу процесі үш өлшемді жалпы көп бағытты тоқу болып табылады. Тоқу процесінде барлық тоқылған талшықтар белгілі бір бағытта орналасады. Әрбір талшық өз бағыты бойынша белгілі бір бұрышпен ығысқан және бір-бірімен тоқылған және матаны құрайды. Оның сипаттамасы мынада: ол үш өлшемді көп бағытты жалпы матаны құра алады, ол C/C композиттік материалының әр бағытында талшықтардың көлемін тиімді басқара алады, осылайша C/C композиттік материалы ақылға қонымды механикалық қасиеттерді көрсете алады. барлық бағыттар бойынша.

3) С/С тығыздау процесі

Тығыздану дәрежесі мен тиімділігіне негізінен мата құрылымы мен негізгі материалдың технологиялық параметрлері әсер етеді. Қазіргі уақытта қолданылатын технологиялық әдістерге сіңдіру карбонизациясы, химиялық буларды тұндыру (CVD), химиялық бу инфильтрациясы (CVI), химиялық сұйықтықты тұндыру, пиролиз және басқа әдістер жатады. Процесс әдістерінің екі негізгі түрі бар: сіңдіру карбонизация процесі және химиялық бу инфильтрация процесі.

Сұйық фазалық сіңдіру-карбонизация

Сұйық фазаны сіңдіру әдісі жабдықта салыстырмалы түрде қарапайым және кең қолдану мүмкіндігіне ие, сондықтан сұйық фазалық сіңдіру әдісі С/С композиттік материалдарды дайындаудың маңызды әдісі болып табылады. Бұл көміртекті талшықтан жасалған преформаны сұйық сіңдіргішке батыру және сіңдіргішті қысыммен преформаның бос жерлеріне толығымен енуін қамтамасыз ету, содан кейін емдеу, карбонизация және графиттеу сияқты бірқатар процестер арқылы ақырында алуC/C композициялық материалдар. Оның кемшілігі тығыздық талаптарына жету үшін қайталап сіңдіру және карбонизация циклдарын қажет етеді. Сұйық фазалық сіңдіру әдісінде сіңдіру құрамы мен құрылымы өте маңызды. Ол тек тығыздау тиімділігіне әсер етіп қоймайды, сонымен қатар өнімнің механикалық және физикалық қасиеттеріне де әсер етеді. Сіңдіру материалының карбонизация шығымдылығын арттыру және сіңдіргіштің тұтқырлығын төмендету әрқашан С/С композициялық материалдарды сұйық фазалық сіңдіру әдісімен дайындау кезінде шешілетін негізгі мәселелердің бірі болды. Импрегнанттың жоғары тұтқырлығы және төмен көміртекті шығымдылығы C/C композиттік материалдардың жоғары құнының маңызды себептерінің бірі болып табылады. Импрегнанттың өнімділігін арттыру С/С композиттік материалдардың өндіріс тиімділігін арттырып, олардың құнын төмендетуге ғана емес, сонымен қатар С/С композиттік материалдарының әртүрлі қасиеттерін жақсартуға мүмкіндік береді. С/С композиттік материалдарын тотығуға қарсы өңдеу Көміртекті талшық ауада 360°C температурада тотыға бастайды. Графит талшығы көміртекті талшыққа қарағанда біршама жақсырақ, оның тотығу температурасы 420°С-та тотыға бастайды. С/С композициялық материалдардың тотығу температурасы шамамен 450°C. С/С композициялық материалдар жоғары температуралы тотықтырғыш атмосферада өте оңай тотығады, ал тотығу жылдамдығы температураның жоғарылауымен тез артады. Егер тотығуға қарсы шаралар болмаса, жоғары температуралы тотығу ортада С/С композиттік материалдарды ұзақ уақыт пайдалану сөзсіз апатты салдарларға әкеледі. Сондықтан C/C композиттік материалдарын тотығуға қарсы өңдеу оны дайындау процесінің ажырамас бөлігі болды. Тотығуға қарсы технология тұрғысынан оны ішкі тотығуға қарсы технология және тотығуға қарсы жабын технологиясы деп бөлуге болады.

Химиялық бу фазасы

Химиялық буларды тұндыру (CVD немесе CVI) - бұл тесіктерді толтыру және тығыздықты арттыру мақсатына жету үшін көміртекті дайындаманың тесіктеріне тікелей қою. Шөгілген көміртегі оңай графиттеледі және талшықпен жақсы физикалық үйлесімділікке ие. Ол сіңдіру әдісі сияқты қайта карбонизация кезінде кішіреймейді және бұл әдістің физикалық және механикалық қасиеттері жақсырақ. Дегенмен, CVD процесі кезінде көміртегі дайындаманың бетіне шөгіп қалса, бұл газдың ішкі кеуектерге диффузиялануын болдырмайды. Беткейде тұндырылған көміртекті механикалық жолмен алып тастау керек, содан кейін тұндырудың жаңа айналымын жүргізу керек. Қалың өнімдер үшін CVD әдісінің де белгілі бір қиындықтары бар және бұл әдістің циклі де өте ұзақ.