Processo de preparação de materiais compósitos de fibra de carbono

Visão geral dos materiais compostos carbono-carbono

Material compósito carbono/carbono (C/C)é um material compósito reforçado com fibra de carbono com uma série de excelentes propriedades, como alta resistência e módulo, gravidade específica leve, pequeno coeficiente de expansão térmica, resistência à corrosão, resistência ao choque térmico, boa resistência ao atrito e boa estabilidade química. É um novo tipo de material compósito de temperatura ultra-alta.

Material compósito C/Cé um excelente material de engenharia integrado funcional com estrutura térmica. Como outros materiais compósitos de alto desempenho, é uma estrutura compósita composta por uma fase reforçada com fibra e uma fase básica. A diferença é que tanto a fase reforçada quanto a fase básica são compostas por carbono puro com propriedades especiais.

Materiais compostos de carbono/carbonosão feitos principalmente de feltro de carbono, tecido de carbono, fibra de carbono como reforço e carbono depositado por vapor como matriz, mas possui apenas um elemento, que é o carbono. Para aumentar a densidade, o carbono gerado pela carbonização é impregnado com carbono ou impregnado com resina (ou asfalto), ou seja, os materiais compósitos carbono/carbono são feitos de três materiais de carbono.

Processo de fabricação de materiais compósitos carbono-carbono

1) Escolha da fibra de carbono

A seleção dos feixes de fibra de carbono e o design estrutural dos tecidos de fibra são a base para a fabricaçãoComposto C/C. As propriedades mecânicas e propriedades termofísicas dos compósitos C/C podem ser determinadas selecionando racionalmente os tipos de fibras e os parâmetros de tecelagem do tecido, como orientação do arranjo do feixe de fios, espaçamento do feixe de fios, conteúdo de volume do feixe de fios, etc.

2) Preparação de pré-forma de fibra de carbono

A pré-forma de fibra de carbono refere-se a uma peça bruta que é moldada no formato estrutural necessário da fibra de acordo com o formato do produto e os requisitos de desempenho para realizar o processo de densificação. Existem três métodos principais de processamento para peças estruturais pré-formadas: tecelagem suave, tecelagem dura e tecelagem mista macia e dura. Os principais processos de tecelagem são: tecelagem de fio seco, arranjo de grupo de hastes pré-impregnadas, punção de tecelagem fina, enrolamento de fibra e tecelagem geral multidirecional tridimensional. Atualmente, o principal processo de tecelagem usado em materiais compósitos C é a tecelagem multidirecional geral tridimensional. Durante o processo de tecelagem, todas as fibras tecidas são dispostas em uma determinada direção. Cada fibra é deslocada em um determinado ângulo ao longo de sua própria direção e entrelaçada entre si para formar um tecido. Sua característica é que ele pode formar um tecido geral multidirecional tridimensional, que pode efetivamente controlar o conteúdo de volume das fibras em cada direção do material compósito C/C, de modo que o material compósito C/C possa exercer propriedades mecânicas razoáveis. em todas as direções.

3) Processo de densificação C/C

O grau e a eficiência da densificação são afetados principalmente pela estrutura do tecido e pelos parâmetros do processo do material de base. Os métodos de processo utilizados atualmente incluem carbonização por impregnação, deposição química de vapor (CVD), infiltração química de vapor (CVI), deposição química líquida, pirólise e outros métodos. Existem dois tipos principais de métodos de processo: processo de carbonização por impregnação e processo de infiltração química de vapor.

Impregnação-carbonização em fase líquida

O método de impregnação em fase líquida é relativamente simples em termos de equipamento e tem ampla aplicabilidade, portanto, o método de impregnação em fase líquida é um método importante para a preparação de materiais compósitos C/C. Consiste em imergir a pré-forma feita de fibra de carbono no impregnante líquido e fazer com que o impregnante penetre totalmente nos vazios da pré-forma por pressurização e, em seguida, através de uma série de processos como cura, carbonização e grafitização, finalmente obterMateriais compósitos C/C. Sua desvantagem é que são necessários ciclos repetidos de impregnação e carbonização para atingir os requisitos de densidade. A composição e estrutura do impregnante no método de impregnação em fase líquida são muito importantes. Não afeta apenas a eficiência da densificação, mas também afeta as propriedades mecânicas e físicas do produto. Melhorar o rendimento de carbonização do impregnante e reduzir a viscosidade do impregnante sempre foi uma das principais questões a serem resolvidas na preparação de materiais compósitos C/C pelo método de impregnação em fase líquida. A alta viscosidade e o baixo rendimento de carbonização do impregnante são uma das razões importantes para o alto custo dos materiais compósitos C/C. Melhorar o desempenho do impregnante pode não apenas melhorar a eficiência da produção de materiais compósitos C/C e reduzir seu custo, mas também melhorar as diversas propriedades dos materiais compósitos C/C. Tratamento antioxidante de materiais compósitos C/C A fibra de carbono começa a oxidar a 360°C no ar. A fibra de grafite é ligeiramente melhor que a fibra de carbono e sua temperatura de oxidação começa a oxidar a 420°C. A temperatura de oxidação dos materiais compósitos C/C é de cerca de 450°C. Os materiais compósitos C/C são muito fáceis de oxidar em uma atmosfera oxidativa de alta temperatura, e a taxa de oxidação aumenta rapidamente com o aumento da temperatura. Se não houver medidas antioxidantes, o uso a longo prazo de materiais compósitos C/C em um ambiente oxidativo de alta temperatura causará inevitavelmente consequências catastróficas. Portanto, o tratamento antioxidante dos materiais compósitos C/C tornou-se parte indispensável do seu processo de preparação. Do ponto de vista da tecnologia antioxidante, ela pode ser dividida em tecnologia antioxidante interna e tecnologia de revestimento antioxidante.

Fase de Vapor Químico

A deposição química de vapor (CVD ou CVI) consiste em depositar carbono diretamente nos poros do blank para atingir o objetivo de preencher os poros e aumentar a densidade. O carbono depositado é fácil de grafitar e possui boa compatibilidade física com a fibra. Não encolherá durante a recarbonização como no método de impregnação, e as propriedades físicas e mecânicas deste método são melhores. No entanto, durante o processo CVD, se o carbono for depositado na superfície da peça bruta, isso impedirá que o gás se difunda nos poros internos. O carbono depositado na superfície deverá ser removido mecanicamente e em seguida deverá ser realizada uma nova rodada de deposição. Para produtos espessos, o método CVD também apresenta certas dificuldades, e o ciclo desse método também é muito longo.