Процес на подготовка на композитни материјали од јаглеродни влакна

Преглед на јаглерод-јаглерод композитни материјали

Јаглерод/јаглерод (C/C) композитен материјале композитен материјал засилен со јаглеродни влакна со низа одлични својства како што се висока јачина и модул, светлосна специфична тежина, мал коефициент на термичка експанзија, отпорност на корозија, отпорност на термички удари, добра отпорност на триење и добра хемиска стабилност. Тоа е нов тип на композитен материјал со ултра висока температура.

C/C композитен материјале одличен термички структура-функционален интегриран инженерски материјал. Како и другите композитни материјали со високи перформанси, тоа е композитна структура составена од фаза засилена со влакна и основна фаза. Разликата е во тоа што и армираната и основната фаза се составени од чист јаглерод со посебни својства.

Јаглерод/јаглерод композитни материјалиглавно се направени од јаглероден филц, јаглеродна ткаенина, јаглеродни влакна како засилување и јаглерод депониран од пареа како матрица, но има само еден елемент, а тоа е јаглерод. За да се зголеми густината, јаглеродот генериран со карбонизација е импрегниран со јаглерод или импрегниран со смола (или асфалт), односно композитните материјали јаглерод/јаглерод се направени од три јаглеродни материјали.

Процес на производство на композитни материјали јаглерод-јаглерод

1) Избор на јаглеродни влакна

Изборот на снопови од јаглеродни влакна и структурниот дизајн на ткаенини од влакна се основа за производствоC/C композитен. Механичките својства и термофизичките својства на C/C композитите може да се утврдат со рационално избирање на типовите влакна и параметрите за ткаење на ткаенината, како што се ориентацијата на распоредот на снопови предиво, растојанието меѓу снопови предиво, содржината на волуменот на снопот на предивото итн.

2) Подготовка на преформа од јаглеродни влакна

Заготовката од јаглеродни влакна се однесува на празно место кое се формира во потребната структурна форма на влакното во согласност со обликот на производот и барањата за изведба со цел да се спроведе процесот на згуснување. Постојат три главни методи за обработка на преформирани структурни делови: меко ткаење, тврдо ткаење и меко и тврдо мешано ткаење. Главните процеси на ткаење се: суво ткаење предиво, распоред на група со претходно импрегнирана прачка, фино ткаење, намотување на влакна и тридимензионално повеќенасочно севкупно ткаење. Во моментов, главниот процес на ткаење што се користи во C композитните материјали е тридимензионално целокупно повеќенасочно ткаење. Во текот на процесот на ткаење, сите ткаени влакна се распоредени во одредена насока. Секое влакно е поместено под одреден агол по сопствената насока и проткаено едно со друго за да формира ткаенина. Неговата карактеристика е тоа што може да формира тридимензионална повеќенасочна целокупна ткаенина, која може ефикасно да ја контролира волуменската содржина на влакната во секоја насока на C/C композитниот материјал, така што C/C композитниот материјал може да врши разумни механички својства во сите правци.

3) процес на згуснување на C/C

Степенот и ефикасноста на згуснување главно се засегнати од структурата на ткаенината и процесните параметри на основниот материјал. Процесните методи кои моментално се користат вклучуваат карбонизација со импрегнација, хемиско таложење на пареа (CVD), хемиска инфилтрација на пареа (CVI), хемиско таложење течност, пиролиза и други методи. Постојат два главни типа на процесни методи: процес на карбонизација со импрегнација и процес на инфилтрација на хемиска пареа.

Импрегнација-карбонизација на течна фаза

Методот на импрегнација во течна фаза е релативно едноставен во опремата и има широка применливост, така што методот на импрегнација со течна фаза е важен метод за подготовка на C/C композитни материјали. Тоа е да се потопи преформата направена од јаглеродни влакна во течната импрегнација и да се направи импрегнантот целосно да навлезе во празнините на преформата со притисок, а потоа преку низа процеси како што се стврднување, карбонизација и графитизација, конечно да се добиеC/C композитни материјали. Неговиот недостаток е тоа што потребни се повторени циклуси на импрегнација и карбонизација за да се постигнат барањата за густина. Составот и структурата на импрегнантот во методот на импрегнација во течна фаза се многу важни. Тоа не само што влијае на ефикасноста на згуснувањето, туку влијае и на механичките и физичките својства на производот. Подобрувањето на приносот на карбонизација на импрегнантот и намалувањето на вискозноста на импрегнантот отсекогаш биле едно од клучните прашања што треба да се решат при подготовката на C/C композитни материјали со методот на импрегнација во течна фаза. Високиот вискозитет и нискиот принос на карбонизација на импрегнантот се една од важните причини за високата цена на C/C композитните материјали. Подобрувањето на перформансите на импрегнантот не само што може да ја подобри ефикасноста на производството на C/C композитните материјали и да ја намали нивната цена, туку и да ги подобри различните својства на C/C композитните материјали. Антиоксидациски третман на C/C композитни материјали Јаглеродните влакна почнуваат да оксидираат на 360°C во воздухот. Графитните влакна се малку подобри од јаглеродните влакна, а неговата температура на оксидација почнува да оксидира на 420°C. Температурата на оксидација на C/C композитните материјали е околу 450°C. C/C композитните материјали многу лесно се оксидираат во високотемпературна оксидативна атмосфера, а стапката на оксидација брзо се зголемува со зголемувањето на температурата. Доколку нема антиоксидациски мерки, долготрајната употреба на C/C композитни материјали во високотемпературна оксидативна средина неизбежно ќе предизвика катастрофални последици. Затоа, антиоксидацискиот третман на C/C композитните материјали стана незаменлив дел од неговиот процес на подготовка. Од гледна точка на антиоксидационата технологија, таа може да се подели на внатрешна антиоксидациона технологија и технологија за обложување против оксидација.

Фаза на хемиска пареа

Хемиско таложење на пареа (CVD или CVI) е да се депонира јаглерод директно во порите на празното за да се постигне целта за полнење на порите и зголемување на густината. Депонираниот јаглерод лесно се графитизира и има добра физичка компатибилност со влакната. Нема да се собира при рекарбонизација како методот на импрегнација, а физичките и механичките својства на овој метод се подобри. Меѓутоа, за време на CVD процесот, ако јаглеродот се депонира на површината на празното, тоа ќе спречи дифузија на гасот во внатрешните пори. Јаглеродот наталожен на површината треба да се отстрани механички и потоа да се изврши нов круг на таложење. За дебели производи, методот CVD исто така има одредени тешкотии, а циклусот на овој метод е исто така многу долг.