탄소섬유복합재료의 제조과정

탄소-탄소 복합재료 개요

탄소/탄소(C/C) 복합재료높은 강도와 ​​모듈러스, 가벼운 비중, 작은 열팽창계수, 내식성, 내열충격성, 우수한 내마찰성, 우수한 화학적 안정성 등 일련의 우수한 특성을 지닌 탄소섬유 강화 복합재료입니다. 새로운 유형의 초고온 복합 재료입니다.

C/C복합재료우수한 열구조 기능성 통합엔지니어링 소재입니다. 다른 고성능 복합재료와 마찬가지로 섬유강화상과 기본상으로 구성된 복합구조물이다. 차이점은 강화상과 기본상 모두 특별한 특성을 지닌 순수 탄소로 구성된다는 점입니다.

탄소/탄소복합재료주로 탄소펠트, 탄소천, 탄소섬유를 보강재로 하고, 기상증착탄소를 매트릭스로 하여 구성되지만, 원소는 탄소 한 가지뿐입니다. 밀도를 높이기 위해 탄화에 의해 생성된 탄소에 탄소를 함침시키거나 수지(또는 아스팔트)에 함침시키는 방법, 즉 탄소/탄소 복합재료는 3개의 탄소재료로 이루어진다.

탄소-탄소복합재료 제조공정

1) 탄소섬유의 선택

탄소섬유 다발의 선택과 섬유원단의 구조설계는 제조의 기초가 됩니다.C/C 복합재. C/C 복합재의 기계적 특성 및 열물리적 특성은 섬유 유형 및 실 다발 배열 방향, 실 다발 간격, 실 다발 부피 함량 등과 같은 직물 직조 매개변수를 합리적으로 선택하여 결정할 수 있습니다.

2) 탄소섬유 프리폼의 제조

탄소섬유 프리폼은 치밀화 공정을 수행하기 위해 제품 형상 및 성능 요구사항에 따라 필요한 섬유의 구조적 형상으로 성형된 블랭크를 말합니다. 미리 형성된 구조 부품에는 연질 직조, 경질 직조, 연질 및 경질 혼합 직조의 세 가지 주요 가공 방법이 있습니다. 주요 직조 공정은 건식 실 직조, 사전 함침 막대 그룹 배열, 미세 직조 펑크, 섬유 권취 및 3차원 다방향 전체 직조입니다. 현재 C 복합재료에 사용되는 주요 직조 공정은 3차원 전체 다방향 직조이다. 직조 과정에서 모든 직조 섬유는 특정 방향으로 배열됩니다. 각각의 섬유는 자신의 방향을 따라 일정한 각도로 오프셋되어 서로 엮여 직물을 형성합니다. 그 특징은 C/C 복합재료의 각 방향에서 섬유의 부피 함량을 효과적으로 제어할 수 있는 3차원 다방향 전체 직물을 형성할 수 있어 C/C 복합재료가 합리적인 기계적 특성을 발휘할 수 있다는 것입니다. 모든 방향으로.

3) C/C 치밀화 공정

치밀화 정도와 효율성은 주로 직물 구조와 기본 재료의 공정 매개변수에 의해 영향을 받습니다. 현재 사용되는 공정 방법에는 함침 탄화, 화학 기상 증착(CVD), 화학 기상 침투(CVI), 화학 액체 증착, 열분해 및 기타 방법이 포함됩니다. 공정 방법에는 함침 탄화 공정과 화학 증기 침투 공정의 두 가지 주요 유형이 있습니다.

액상함침-탄화

액상 함침법은 비교적 장비가 간단하고 적용성이 넓기 때문에 C/C 복합재료 제조에 중요한 방법이다. 탄소섬유로 만든 프리폼을 액상 함침제에 담그고 가압하여 함침제가 프리폼의 공극 속으로 완전히 침투하게 한 후 경화, 탄화, 흑연화 등 일련의 공정을 거쳐 최종적으로C/C 복합재료. 단점은 밀도 요구 사항을 달성하기 위해 함침 및 탄화 주기를 반복해야 한다는 것입니다. 액상 함침법에서는 함침제의 조성과 구조가 매우 중요하다. 이는 치밀화 효율에 영향을 미칠 뿐만 아니라 제품의 기계적, 물리적 특성에도 영향을 미칩니다. 함침제의 탄화 수율을 향상시키고, 함침제의 점도를 낮추는 것은 액상 함침법에 의한 C/C 복합재료 제조에 있어서 항상 해결해야 할 핵심 문제 중 하나였다. 함침제의 높은 점도와 낮은 탄화 수율은 C/C 복합재료의 가격이 비싼 중요한 이유 중 하나입니다. 함침제의 성능을 향상시키면 C/C 복합재료의 생산 효율을 높이고 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 C/C 복합재료의 다양한 특성을 향상시킬 수 있습니다. C/C 복합재료의 항산화 처리 탄소섬유는 공기중 360°C부터 산화되기 시작합니다. 흑연섬유는 탄소섬유보다 약간 더 나은 성능을 가지며, 산화온도는 420°C부터 산화되기 시작합니다. C/C 복합재료의 산화온도는 약 450°C이다. C/C 복합재료는 고온의 산화성 분위기에서 산화가 매우 쉽고, 온도가 증가함에 따라 산화속도가 급격히 증가합니다. 항산화 조치가 없는 경우 고온 산화 환경에서 C/C 복합재료를 장기간 사용하면 필연적으로 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 따라서 C/C 복합재료의 항산화 처리는 제조 공정에서 없어서는 안될 부분이 되었습니다. 항산화 기술의 관점에서 보면 내부 항산화 기술과 항산화 코팅 기술로 나눌 수 있습니다.

화학 기상

화학 기상 증착(CVD 또는 CVI)은 블랭크의 기공에 탄소를 직접 증착하여 기공을 채우고 밀도를 높이는 목적을 달성하는 것입니다. 퇴적된 탄소는 흑연화하기 쉽고 섬유와의 물리적 친화성이 좋습니다. 함침법과 같이 재탄화 시 수축이 발생하지 않으며, 이 방법의 물리적, 기계적 특성이 더 좋습니다. 그러나 CVD 공정 중 블랭크 표면에 탄소가 증착되면 가스가 내부 기공으로 확산되는 것을 방지할 수 있습니다. 표면에 증착된 탄소를 기계적으로 제거한 후 새로운 증착을 수행해야 합니다. 두꺼운 제품의 경우 CVD 방법에도 특정 어려움이 있으며 이 방법의 주기도 매우 깁니다.