Procesul de preparare a materialelor compozite din fibră de carbon

Prezentare generală a materialelor compozite carbon-carbon

Material compozit carbon/carbon (C/C).este un material compozit armat cu fibră de carbon, cu o serie de proprietăți excelente, cum ar fi rezistența și modulul ridicat, greutatea specifică la lumină, coeficientul mic de dilatare termică, rezistența la coroziune, rezistența la șoc termic, rezistența bună la frecare și stabilitatea chimică bună. Este un nou tip de material compozit la temperaturi ultra-înalte.

Material compozit C/Ceste un excelent material de inginerie integrat structura termica-functionala. Ca și alte materiale compozite de înaltă performanță, este o structură compozită compusă dintr-o fază armată cu fibre și o fază de bază. Diferența este că atât faza armată, cât și faza de bază sunt compuse din carbon pur cu proprietăți speciale.

Materiale compozite carbon/carbonsunt realizate în principal din pâslă de carbon, pânză de carbon, fibră de carbon ca armătură și carbon depozitat în vapori ca matrice, dar are doar un element, care este carbonul. Pentru a crește densitatea, carbonul generat prin carbonizare este impregnat cu carbon sau impregnat cu rășină (sau asfalt), adică materialele compozite carbon/carbon sunt realizate din trei materiale carbonice.

Procesul de fabricație a materialelor compozite carbon-carbon

1) Alegerea fibrei de carbon

Selecția pachetelor de fibre de carbon și designul structural al țesăturilor din fibre sunt baza pentru producțieC/C compozit. Proprietățile mecanice și proprietățile termofizice ale compozitelor C/C pot fi determinate prin selectarea rațională a tipurilor de fibre și a parametrilor de țesere a țesăturii, cum ar fi orientarea aranjamentului mănunchiului de fire, distanța dintre fasciculele de fire, conținutul de volum al fasciculului de fire etc.

2) Pregătirea preformei din fibră de carbon

Preforma din fibră de carbon se referă la un semifabricat care este format în forma structurală necesară a fibrei în conformitate cu forma produsului și cerințele de performanță pentru a efectua procesul de densificare. Există trei metode principale de prelucrare pentru piesele structurale preformate: țesere moale, țesere tare și țesere mixtă moale și tare. Principalele procese de țesut sunt: ​​țeserea firelor uscate, aranjarea grupurilor de tije pre-impregnate, perforarea țesutului fin, înfășurarea fibrelor și țeserea generală tridimensională multidirecțională. În prezent, principalul proces de țesere utilizat în materialele compozite C este țeserea generală tridimensională multidirecțională. În timpul procesului de țesut, toate fibrele țesute sunt aranjate într-o anumită direcție. Fiecare fibră este decalată la un anumit unghi de-a lungul propriei direcții și împletită una cu cealaltă pentru a forma o țesătură. Caracteristica sa este că poate forma o țesătură generală tridimensională multidirecțională, care poate controla eficient conținutul de volum al fibrelor în fiecare direcție a materialului compozit C/C, astfel încât materialul compozit C/C să poată exercita proprietăți mecanice rezonabile. în toate direcţiile.

3) Procesul de densificare C/C

Gradul și eficiența densificării sunt afectate în principal de structura țesăturii și de parametrii de proces ai materialului de bază. Metodele de proces utilizate în prezent includ carbonizarea prin impregnare, depunerea chimică în vapori (CVD), infiltrarea chimică în vapori (CVI), depunerea chimică lichidă, piroliza și alte metode. Există două tipuri principale de metode de proces: procesul de carbonizare prin impregnare și procesul de infiltrare a vaporilor chimici.

Impregnare-carbonizare în fază lichidă

Metoda de impregnare în fază lichidă este relativ simplă în echipament și are aplicabilitate largă, astfel încât metoda de impregnare în fază lichidă este o metodă importantă pentru prepararea materialelor compozite C/C. Este de a scufunda preforma din fibră de carbon în impregnantul lichid și de a face impregnantul să pătrundă complet în golurile preformei prin presurizare, iar apoi printr-o serie de procese precum întărire, carbonizare și grafitizare, se obține în cele din urmă.Materiale compozite C/C. Dezavantajul său este că este nevoie de cicluri repetate de impregnare și carbonizare pentru a atinge cerințele de densitate. Compoziția și structura impregnantului în metoda de impregnare în fază lichidă sunt foarte importante. Nu afectează numai eficiența densificării, ci afectează și proprietățile mecanice și fizice ale produsului. Îmbunătățirea randamentului de carbonizare a impregnantului și reducerea vâscozității impregnantului au fost întotdeauna una dintre problemele cheie care trebuie rezolvate în prepararea materialelor compozite C/C prin metoda de impregnare în fază lichidă. Viscozitatea ridicată și randamentul scăzut de carbonizare al impregnantului sunt unul dintre motivele importante pentru costul ridicat al materialelor compozite C/C. Îmbunătățirea performanței impregnantului nu numai că poate îmbunătăți eficiența producției materialelor compozite C/C și poate reduce costul acestora, ci și poate îmbunătăți diferitele proprietăți ale materialelor compozite C/C. Tratamentul antioxidare al materialelor compozite C/C Fibra de carbon începe să se oxideze la 360°C în aer. Fibra de grafit este puțin mai bună decât fibra de carbon, iar temperatura de oxidare a acesteia începe să se oxideze la 420°C. Temperatura de oxidare a materialelor compozite C/C este de aproximativ 450°C. Materialele compozite C/C sunt foarte ușor de oxidat într-o atmosferă oxidativă la temperatură înaltă, iar viteza de oxidare crește rapid odată cu creșterea temperaturii. Dacă nu există măsuri anti-oxidare, utilizarea pe termen lung a materialelor compozite C/C într-un mediu oxidativ la temperatură înaltă va provoca în mod inevitabil consecințe catastrofale. Prin urmare, tratamentul antioxidare al materialelor compozite C/C a devenit o parte indispensabilă a procesului său de preparare. Din perspectiva tehnologiei anti-oxidare, aceasta poate fi împărțită în tehnologie anti-oxidare internă și tehnologie de acoperire anti-oxidare.

Faza de vapori chimici

Depunerea chimică în vapori (CVD sau CVI) este de a depune carbon direct în porii semifabricatului pentru a atinge scopul de a umple porii și de a crește densitatea. Carbonul depus este ușor de grafitizat și are o bună compatibilitate fizică cu fibra. Nu se va micșora în timpul recarbonizării, precum metoda de impregnare, iar proprietățile fizice și mecanice ale acestei metode sunt mai bune. Cu toate acestea, în timpul procesului CVD, dacă carbonul este depus pe suprafața semifabricatului, acesta va împiedica difuzarea gazului în porii interni. Carbonul depus pe suprafață trebuie îndepărtat mecanic și apoi trebuie efectuată o nouă rundă de depunere. Pentru produsele groase, metoda CVD are și anumite dificultăți, iar ciclul acestei metode este, de asemenea, foarte lung.