कार्बन फायबर संमिश्र साहित्य तयार करण्याची प्रक्रिया

कार्बन-कार्बन संमिश्र सामग्रीचे विहंगावलोकन

कार्बन/कार्बन (C/C) संमिश्र साहित्यउच्च शक्ती आणि मॉड्यूलस, प्रकाश विशिष्ट गुरुत्व, लहान थर्मल विस्तार गुणांक, गंज प्रतिरोध, थर्मल शॉक प्रतिरोध, चांगले घर्षण प्रतिरोध, आणि चांगली रासायनिक स्थिरता यासारख्या उत्कृष्ट गुणधर्मांच्या मालिकेसह कार्बन फायबर प्रबलित संमिश्र सामग्री आहे. हा एक नवीन प्रकारचा अति-उच्च तापमान संमिश्र साहित्य आहे.

C/C संमिश्र साहित्यएक उत्कृष्ट थर्मल स्ट्रक्चर-फंक्शनल इंटिग्रेटेड इंजिनिअरिंग मटेरियल आहे. इतर उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या संमिश्र सामग्रीप्रमाणे, ही फायबर-प्रबलित अवस्था आणि मूलभूत टप्प्याची बनलेली एक संयुक्त रचना आहे. फरक असा आहे की प्रबलित अवस्था आणि मूलभूत अवस्था दोन्ही विशेष गुणधर्मांसह शुद्ध कार्बनचे बनलेले आहेत.

कार्बन/कार्बन संमिश्र साहित्यहे प्रामुख्याने कार्बन फील, कार्बन कापड, मजबुतीकरण म्हणून कार्बन फायबर आणि मॅट्रिक्स म्हणून वाफ जमा केलेले कार्बन बनलेले असतात, परंतु त्यात फक्त एक घटक असतो, तो म्हणजे कार्बन. घनता वाढवण्यासाठी, कार्बनायझेशनद्वारे तयार होणारा कार्बन कार्बनने गर्भित केला जातो किंवा राळ (किंवा डांबर) सह गर्भित केला जातो, म्हणजेच कार्बन/कार्बन मिश्रित पदार्थ तीन कार्बन पदार्थांपासून बनलेले असतात.

कार्बन-कार्बन मिश्रित पदार्थांची निर्मिती प्रक्रिया

1) कार्बन फायबरची निवड

कार्बन फायबर बंडलची निवड आणि फायबर फॅब्रिक्सची संरचनात्मक रचना हे उत्पादनासाठी आधार आहेतC/C संमिश्र. C/C कंपोझिटचे यांत्रिक गुणधर्म आणि थर्मोफिजिकल गुणधर्म तर्कशुद्धपणे फायबर प्रकार आणि फॅब्रिक विणकाम पॅरामीटर्स निवडून निर्धारित केले जाऊ शकतात, जसे की सूत बंडल व्यवस्था अभिमुखता, सूत बंडल अंतर, सूत बंडल व्हॉल्यूम सामग्री इ.

2) कार्बन फायबर प्रीफॉर्म तयार करणे

कार्बन फायबर प्रीफॉर्म म्हणजे घनता प्रक्रिया पार पाडण्यासाठी उत्पादनाच्या आकार आणि कार्यक्षमतेच्या आवश्यकतांनुसार फायबरच्या आवश्यक स्ट्रक्चरल आकारात तयार होणाऱ्या रिक्त स्थानाचा संदर्भ देते. प्रीफॉर्म्ड स्ट्रक्चरल भागांसाठी तीन मुख्य प्रक्रिया पद्धती आहेत: मऊ विणकाम, कठोर विणकाम आणि मऊ आणि कठोर मिश्रित विणकाम. मुख्य विणकाम प्रक्रिया आहेत: कोरड्या धाग्याचे विणकाम, प्री-प्रेग्नेटेड रॉड ग्रुप व्यवस्था, बारीक विणकाम पंचर, फायबर विंडिंग आणि त्रिमितीय बहु-दिशात्मक एकूण विणकाम. सध्या, C संमिश्र सामग्रीमध्ये वापरली जाणारी मुख्य विणकाम प्रक्रिया त्रि-आयामी एकंदर बहु-दिशात्मक विणकाम आहे. विणण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान, सर्व विणलेले तंतू एका विशिष्ट दिशेने व्यवस्थित केले जातात. प्रत्येक फायबर त्याच्या स्वतःच्या दिशेने एका विशिष्ट कोनात ऑफसेट केला जातो आणि फॅब्रिक तयार करण्यासाठी एकमेकांशी विणलेला असतो. त्याचे वैशिष्ट्य म्हणजे ते त्रि-आयामी बहु-दिशात्मक एकंदर फॅब्रिक तयार करू शकते, जे C/C संमिश्र सामग्रीच्या प्रत्येक दिशेने तंतूंच्या आवाजाचे प्रमाण प्रभावीपणे नियंत्रित करू शकते, जेणेकरून C/C संमिश्र सामग्री वाजवी यांत्रिक गुणधर्म लागू करू शकेल. सर्व दिशांनी.

3) C/C घनता प्रक्रिया

डेन्सिफिकेशनची डिग्री आणि कार्यक्षमता प्रामुख्याने फॅब्रिक स्ट्रक्चर आणि बेस मटेरियलच्या प्रक्रियेच्या पॅरामीटर्सद्वारे प्रभावित होते. सध्या वापरल्या जाणाऱ्या प्रक्रिया पद्धतींमध्ये गर्भाधान कार्बनीकरण, रासायनिक वाफ जमा करणे (CVD), रासायनिक वाष्प घुसखोरी (CVI), रासायनिक द्रव जमा करणे, पायरोलिसिस आणि इतर पद्धतींचा समावेश आहे. प्रक्रिया पद्धतींचे दोन मुख्य प्रकार आहेत: गर्भाधान कार्बनीकरण प्रक्रिया आणि रासायनिक बाष्प घुसखोरी प्रक्रिया.

लिक्विड फेज गर्भाधान-कार्बोनायझेशन

लिक्विड फेज इम्प्रेग्नेशन पद्धत उपकरणांमध्ये तुलनेने सोपी आहे आणि ती व्यापक प्रमाणात लागू आहे, म्हणून लिक्विड फेज गर्भाधान पद्धत C/C संमिश्र सामग्री तयार करण्यासाठी एक महत्त्वाची पद्धत आहे. कार्बन फायबरपासून बनवलेल्या प्रीफॉर्मला द्रवपदार्थात विसर्जित करणे आणि प्रीफॉर्मच्या शून्यामध्ये दाब देऊन गर्भधारणा करणे आणि नंतर क्युरिंग, कार्बनायझेशन आणि ग्राफिटायझेशन यासारख्या प्रक्रियांच्या मालिकेद्वारे शेवटी प्राप्त करणे.C/C संमिश्र साहित्य. त्याचा तोटा असा आहे की घनतेची आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी वारंवार गर्भधारणा आणि कार्बनीकरण चक्रे लागतात. लिक्विड फेज इम्प्रेग्नेशन पद्धतीमध्ये गर्भधारणेची रचना आणि रचना खूप महत्वाची आहे. हे केवळ घनतेच्या कार्यक्षमतेवरच परिणाम करत नाही तर उत्पादनाच्या यांत्रिक आणि भौतिक गुणधर्मांवर देखील परिणाम करते. द्रव फेज गर्भाधान पद्धतीद्वारे सी/सी संमिश्र सामग्री तयार करताना सोडवल्या जाणाऱ्या गर्भवतींचे कार्बनीकरण उत्पन्न सुधारणे आणि गर्भवतीची चिकटपणा कमी करणे हे नेहमीच महत्त्वाचे मुद्दे राहिले आहेत. उच्च स्निग्धता आणि कमी कार्बनीकरण उत्पन्न हे C/C मिश्रित पदार्थांच्या उच्च किमतीचे एक महत्त्वाचे कारण आहे. गर्भधारणेच्या कार्यक्षमतेत सुधारणा केल्याने केवळ C/C संमिश्र सामग्रीची उत्पादन कार्यक्षमता सुधारू शकत नाही आणि त्यांची किंमत कमी होऊ शकते, परंतु C/C मिश्रित सामग्रीचे विविध गुणधर्म देखील सुधारू शकतात. C/C संमिश्र पदार्थांचे अँटी-ऑक्सिडेशन उपचार कार्बन फायबर हवेत 360°C वर ऑक्सिडाइझ होऊ लागते. ग्रेफाइट फायबर कार्बन फायबरपेक्षा किंचित चांगले आहे आणि त्याचे ऑक्सिडेशन तापमान 420 डिग्री सेल्सिअसवर ऑक्सिडाइझ होऊ लागते. C/C मिश्रित पदार्थांचे ऑक्सीकरण तापमान सुमारे 450°C आहे. उच्च-तापमानाच्या ऑक्सिडेटिव्ह वातावरणात C/C मिश्रित पदार्थांचे ऑक्सिडाइझ करणे खूप सोपे आहे आणि तापमान वाढीसह ऑक्सिडेशन दर वेगाने वाढतो. ऑक्सिडेशन-विरोधी उपाय नसल्यास, उच्च-तापमान ऑक्सिडेटिव्ह वातावरणात C/C संमिश्र सामग्रीचा दीर्घकालीन वापर अपरिहार्यपणे आपत्तीजनक परिणामांना कारणीभूत ठरेल. म्हणून, C/C संमिश्र सामग्रीचे अँटी-ऑक्सिडेशन उपचार त्याच्या तयारी प्रक्रियेचा एक अपरिहार्य भाग बनले आहे. अँटी-ऑक्सिडेशन तंत्रज्ञानाच्या दृष्टीकोनातून, ते अंतर्गत अँटी-ऑक्सिडेशन तंत्रज्ञान आणि अँटी-ऑक्सिडेशन कोटिंग तंत्रज्ञानामध्ये विभागले जाऊ शकते.

रासायनिक वाष्प टप्पा

रासायनिक बाष्प जमा करणे (CVD किंवा CVI) म्हणजे छिद्रे भरणे आणि घनता वाढवणे या उद्देशाने कार्बन थेट रिक्त छिद्रांमध्ये जमा करणे. जमा केलेला कार्बन ग्रेफाइट करणे सोपे आहे आणि फायबरशी चांगली शारीरिक सुसंगतता आहे. गर्भधारणा पद्धतीप्रमाणे ते पुन: कार्बनीकरण दरम्यान आकुंचित होणार नाही आणि या पद्धतीचे भौतिक आणि यांत्रिक गुणधर्म चांगले आहेत. तथापि, CVD प्रक्रियेदरम्यान, रिक्त पृष्ठभागावर कार्बन जमा केल्यास, ते गॅसला अंतर्गत छिद्रांमध्ये पसरण्यापासून प्रतिबंधित करते. पृष्ठभागावर जमा झालेला कार्बन यांत्रिक पद्धतीने काढून टाकला पाहिजे आणि नंतर जमा करण्याची नवीन फेरी काढली पाहिजे. जाड उत्पादनांसाठी, सीव्हीडी पद्धतीमध्ये देखील काही अडचणी आहेत आणि या पद्धतीचे चक्र देखील खूप मोठे आहे.