Overzicht van koolstof-koolstofcomposietmaterialen
Koolstof/koolstof (C/C) composietmateriaalis een met koolstofvezel versterkt composietmateriaal met een reeks uitstekende eigenschappen zoals hoge sterkte en modulus, licht soortelijk gewicht, kleine thermische uitzettingscoëfficiënt, corrosieweerstand, thermische schokbestendigheid, goede wrijvingsweerstand en goede chemische stabiliteit. Het is een nieuw type composietmateriaal met ultrahoge temperaturen.
C/C-composietmateriaalis een uitstekend thermisch structuur-functioneel geïntegreerd technisch materiaal. Net als andere hoogwaardige composietmaterialen is het een composietstructuur die bestaat uit een vezelversterkte fase en een basisfase. Het verschil is dat zowel de versterkte fase als de basisfase zijn samengesteld uit pure koolstof met bijzondere eigenschappen.
Koolstof/koolstofcomposietmaterialenzijn voornamelijk gemaakt van koolstofvilt, koolstofdoek, koolstofvezel als versterking en opgedampte koolstof als matrix, maar het heeft maar één element, namelijk koolstof. Om de dichtheid te vergroten, wordt de door carbonisatie gegenereerde koolstof geïmpregneerd met koolstof of geïmpregneerd met hars (of asfalt), dat wil zeggen dat koolstof/koolstofcomposietmaterialen zijn gemaakt van drie koolstofmaterialen.
Productieproces van koolstof-koolstofcomposietmaterialen
1) Keuze uit koolstofvezel
De selectie van koolstofvezelbundels en het structurele ontwerp van vezelstoffen vormen de basis voor de productieC/C-composiet. De mechanische eigenschappen en thermofysische eigenschappen van C/C-composieten kunnen worden bepaald door het rationeel selecteren van vezeltypen en weefselweefparameters, zoals de oriëntatie van de garenbundels, de afstand van de garenbundels, de volume-inhoud van de garenbundels, enz.
2) Bereiding van een voorvorm van koolstofvezel
Koolstofvezelvoorvorm verwijst naar een plano die in de vereiste structurele vorm van de vezel wordt gevormd volgens de productvorm en prestatie-eisen om het verdichtingsproces uit te voeren. Er zijn drie belangrijke verwerkingsmethoden voor voorgevormde structurele onderdelen: zacht weven, hard weven en zacht en hard gemengd weven. De belangrijkste weefprocessen zijn: drooggarenweven, vooraf geïmpregneerde staafgroepopstelling, fijne weefpunctie, vezelwikkeling en driedimensionaal multidirectioneel algemeen weven. Momenteel is het belangrijkste weefproces dat wordt gebruikt in C-composietmaterialen het driedimensionale algemene weven in meerdere richtingen. Tijdens het weefproces worden alle geweven vezels in een bepaalde richting gerangschikt. Elke vezel is onder een bepaalde hoek in zijn eigen richting verschoven en met elkaar verweven om een stof te vormen. Het kenmerk is dat het een driedimensionaal multidirectioneel totaalweefsel kan vormen, dat het volumegehalte van vezels in elke richting van het C/C-composietmateriaal effectief kan regelen, zodat het C/C-composietmateriaal redelijke mechanische eigenschappen kan uitoefenen. in alle richtingen.
3) C/C-verdichtingsproces
De mate en efficiëntie van de verdichting worden voornamelijk beïnvloed door de weefselstructuur en de procesparameters van het basismateriaal. De momenteel gebruikte procesmethoden omvatten impregnatiecarbonisatie, chemische dampdepositie (CVD), chemische dampinfiltratie (CVI), chemische vloeistofdepositie, pyrolyse en andere methoden. Er zijn twee hoofdtypen procesmethoden: impregnatie-carbonisatieproces en chemisch dampinfiltratieproces.
Impregnatie-carbonisatie in de vloeibare fase
De vloeistoffase-impregnatiemethode is relatief eenvoudig in apparatuur en heeft een brede toepasbaarheid, dus de vloeistoffase-impregnatiemethode is een belangrijke methode voor het bereiden van C/C-composietmaterialen. Het is bedoeld om de voorvorm van koolstofvezel onder te dompelen in het vloeibare impregneermiddel, en het impregneermiddel volledig in de holtes van de voorvorm te laten doordringen door onder druk te zetten, en vervolgens door een reeks processen zoals uitharding, carbonisatie en grafitisering uiteindelijk te verkrijgenC/C-composietmaterialen. Het nadeel is dat er herhaalde impregnatie- en carbonisatiecycli nodig zijn om aan de dichtheidsvereisten te voldoen. De samenstelling en structuur van het impregneermiddel bij de vloeistoffase-impregnatiemethode zijn erg belangrijk. Het beïnvloedt niet alleen de verdichtingsefficiëntie, maar beïnvloedt ook de mechanische en fysieke eigenschappen van het product. Het verbeteren van de carbonisatieopbrengst van het impregneermiddel en het verlagen van de viscositeit van het impregneermiddel zijn altijd een van de belangrijkste problemen geweest die moeten worden opgelost bij de bereiding van C/C-composietmaterialen met behulp van de vloeistoffase-impregnatiemethode. De hoge viscositeit en het lage carbonisatierendement van het impregneermiddel zijn een van de belangrijke redenen voor de hoge kosten van C/C-composietmaterialen. Het verbeteren van de prestaties van het impregneermiddel kan niet alleen de productie-efficiëntie van C/C-composietmaterialen verbeteren en de kosten ervan verlagen, maar ook de verschillende eigenschappen van C/C-composietmaterialen verbeteren. Anti-oxidatiebehandeling van C/C-composietmaterialen Koolstofvezel begint te oxideren bij 360°C in de lucht. Grafietvezel is iets beter dan koolstofvezel en de oxidatietemperatuur ervan begint te oxideren bij 420°C. De oxidatietemperatuur van C/C-composietmaterialen bedraagt ongeveer 450°C. C/C-composietmaterialen zijn zeer gemakkelijk te oxideren in een oxidatieve atmosfeer bij hoge temperatuur, en de oxidatiesnelheid neemt snel toe met de stijging van de temperatuur. Als er geen anti-oxidatiemaatregelen zijn, zal het langdurig gebruik van C/C-composietmaterialen in een oxidatieve omgeving met hoge temperaturen onvermijdelijk catastrofale gevolgen hebben. Daarom is de anti-oxidatiebehandeling van C/C-composietmaterialen een onmisbaar onderdeel geworden van het bereidingsproces. Vanuit het perspectief van anti-oxidatietechnologie kan het worden onderverdeeld in interne anti-oxidatietechnologie en anti-oxidatiecoatingtechnologie.
Chemische dampfase
Chemische dampafzetting (CVD of CVI) is het direct afzetten van koolstof in de poriën van de plano om het doel van het vullen van de poriën en het verhogen van de dichtheid te bereiken. De afgezette koolstof is gemakkelijk te grafitiseren en heeft een goede fysieke compatibiliteit met de vezel. Het zal niet krimpen tijdens het opnieuw carboniseren, zoals bij de impregnatiemethode, en de fysieke en mechanische eigenschappen van deze methode zijn beter. Als er tijdens het CVD-proces echter koolstof op het oppervlak van de plano wordt afgezet, wordt voorkomen dat het gas in de interne poriën diffundeert. De op het oppervlak afgezette koolstof moet mechanisch worden verwijderd en vervolgens moet een nieuwe afzettingsronde worden uitgevoerd. Voor dikke producten heeft de CVD-methode ook bepaalde problemen, en de cyclus van deze methode is ook erg lang.
Posttijd: 31 december 2024