Oglekļa šķiedras kompozītmateriālu sagatavošanas process

Oglekļa-oglekļa kompozītmateriālu pārskats

Oglekļa/oglekļa (C/C) kompozītmateriālsir ar oglekļa šķiedru pastiprināts kompozītmateriāls ar virkni izcilu īpašību, piemēram, augsta izturība un modulis, viegls īpatnējais svars, mazs termiskās izplešanās koeficients, izturība pret koroziju, izturība pret termisko triecienu, laba berzes izturība un laba ķīmiskā stabilitāte. Tas ir jauna veida īpaši augstas temperatūras kompozītmateriāls.

C/C kompozītmateriālsir lielisks termokonstrukciju funkcionāls integrēts inženiertehniskais materiāls. Tāpat kā citi augstas veiktspējas kompozītmateriāli, tā ir kompozītmateriāla struktūra, kas sastāv no šķiedru pastiprinātas fāzes un pamata fāzes. Atšķirība ir tāda, ka gan pastiprinātā fāze, gan pamata fāze sastāv no tīra oglekļa ar īpašām īpašībām.

Oglekļa/oglekļa kompozītmateriāligalvenokārt ir izgatavoti no oglekļa filca, oglekļa auduma, oglekļa šķiedras kā pastiprinājuma un ar tvaiku nogulsnēta oglekļa kā matricas, taču tajā ir tikai viens elements, kas ir ogleklis. Lai palielinātu blīvumu, karbonizācijas rezultātā radītais ogleklis tiek piesūcināts ar oglekli vai piesūcināts ar sveķiem (vai asfaltu), tas ir, oglekļa/oglekļa kompozītmateriāli ir izgatavoti no trim oglekļa materiāliem.

Oglekļa-oglekļa kompozītmateriālu ražošanas process

1) Oglekļa šķiedras izvēle

Ražošanas pamatā ir oglekļa šķiedras saišķu izvēle un šķiedru audumu konstrukcijas dizainsC/C kompozīts. C/C kompozītmateriālu mehāniskās īpašības un termofizikālās īpašības var noteikt, racionāli izvēloties šķiedru veidus un auduma aušanas parametrus, piemēram, dzijas saišķu izvietojuma orientāciju, atstarpi starp dzijas saišķiem, dzijas kūļa tilpuma saturu u.c.

2) Oglekļa šķiedras sagataves sagatavošana

Oglekļa šķiedras sagatave attiecas uz sagatavi, kas tiek veidota vajadzīgajā šķiedras strukturālajā formā atbilstoši izstrādājuma formai un veiktspējas prasībām, lai veiktu blīvēšanas procesu. Ir trīs galvenās iepriekš sagatavotu strukturālo daļu apstrādes metodes: mīkstā aušana, cietā aušana un mīkstā un cietā jauktā aušana. Galvenie aušanas procesi ir: sausās dzijas aušana, iepriekš impregnētu stieņu grupu izvietojums, smalka aušanas punkcija, šķiedru uztīšana un trīsdimensiju daudzvirzienu kopējā aušana. Pašlaik galvenais C kompozītmateriālos izmantotais aušanas process ir trīsdimensiju kopējā daudzvirzienu aušana. Aušanas procesā visas austās šķiedras tiek sakārtotas noteiktā virzienā. Katra šķiedra ir nobīdīta noteiktā leņķī savā virzienā un savīta viena ar otru, veidojot audumu. Tā īpašība ir tāda, ka tas var veidot trīsdimensiju daudzvirzienu kopējo audumu, kas var efektīvi kontrolēt šķiedru tilpuma saturu katrā C / C kompozītmateriāla virzienā, lai C / C kompozītmateriāls varētu radīt saprātīgas mehāniskās īpašības. visos virzienos.

3) C/C blīvēšanas process

Blīvēšanas pakāpi un efektivitāti galvenokārt ietekmē auduma struktūra un pamatmateriāla procesa parametri. Pašlaik izmantotās procesa metodes ietver impregnēšanas karbonizāciju, ķīmisko tvaiku pārklāšanu (CVD), ķīmisko tvaiku infiltrāciju (CVI), ķīmisko šķidrumu pārklāšanu, pirolīzi un citas metodes. Ir divi galvenie procesa metožu veidi: impregnēšanas karbonizācijas process un ķīmisko tvaiku infiltrācijas process.

Šķidrās fāzes impregnēšana-karbonizācija

Šķidrās fāzes impregnēšanas metode ir salīdzinoši vienkārša iekārtās un tai ir plaša pielietojamība, tāpēc šķidrās fāzes impregnēšanas metode ir svarīga C/C kompozītmateriālu sagatavošanas metode. Ir nepieciešams iegremdēt no oglekļa šķiedras izgatavoto sagatavi šķidrajā impregnātā un panākt, lai impregnants pilnībā iekļūtu sagataves tukšumos, paaugstinot spiedienu, un pēc tam, izmantojot virkni procesu, piemēram, konservēšanu, karbonizāciju un grafitizāciju, beidzot iegūt.C/C kompozītmateriāli. Tās trūkums ir tāds, ka, lai sasniegtu blīvuma prasības, ir nepieciešami atkārtoti impregnēšanas un karbonizācijas cikli. Impregnanta sastāvam un struktūrai šķidrās fāzes impregnēšanas metodē ir liela nozīme. Tas ne tikai ietekmē blīvēšanas efektivitāti, bet arī ietekmē produkta mehāniskās un fizikālās īpašības. Impregnanta karbonizācijas iznākuma uzlabošana un impregnanta viskozitātes samazināšana vienmēr ir bijis viens no galvenajiem jautājumiem, kas jāatrisina C/C kompozītmateriālu sagatavošanā ar šķidrās fāzes impregnēšanas metodi. Impregnanta augstā viskozitāte un zemā karbonizācijas iznākums ir viens no galvenajiem C/C kompozītmateriālu augsto izmaksu iemesliem. Impregnanta veiktspējas uzlabošana var ne tikai uzlabot C/C kompozītmateriālu ražošanas efektivitāti un samazināt to izmaksas, bet arī uzlabot dažādas C/C kompozītmateriālu īpašības. C/C kompozītmateriālu antioksidācijas apstrāde Oglekļa šķiedra sāk oksidēties 360°C gaisā. Grafīta šķiedra ir nedaudz labāka par oglekļa šķiedru, un tās oksidācijas temperatūra sāk oksidēties 420 ° C temperatūrā. C/C kompozītmateriālu oksidācijas temperatūra ir aptuveni 450°C. C/C kompozītmateriālus ir ļoti viegli oksidēt augstas temperatūras oksidatīvā atmosfērā, un oksidācijas ātrums strauji palielinās, paaugstinoties temperatūrai. Ja nav antioksidācijas pasākumu, ilgstoša C/C kompozītmateriālu izmantošana augstas temperatūras oksidatīvā vidē neizbēgami radīs katastrofālas sekas. Tāpēc C/C kompozītmateriālu antioksidācijas apstrāde ir kļuvusi par to sagatavošanas procesa neatņemamu sastāvdaļu. No antioksidācijas tehnoloģijas viedokļa to var iedalīt iekšējā antioksidācijas tehnoloģijā un antioksidācijas pārklājuma tehnoloģijā.

Ķīmiskā tvaika fāze

Ķīmiskā tvaiku pārklāšana (CVD vai CVI) ir oglekļa nogulsnēšana tieši sagataves porās, lai sasniegtu mērķi aizpildīt poras un palielināt blīvumu. Nogulsnētais ogleklis ir viegli grafitizējams, un tam ir laba fiziskā saderība ar šķiedru. Atkārtotas karbonizācijas laikā tas nesamazināsies kā impregnēšanas metode, un šīs metodes fizikālās un mehāniskās īpašības ir labākas. Tomēr CVD procesa laikā, ja uz sagataves virsmas tiek nogulsnēts ogleklis, tas neļaus gāzei izkliedēties iekšējās porās. Uz virsmas nogulsnētais ogleklis ir jānoņem mehāniski un pēc tam jāveic jauna uzklāšanas kārta. Bieziem izstrādājumiem CVD metodei ir arī zināmas grūtības, un arī šīs metodes cikls ir ļoti garš.