Procesi i përgatitjes së materialeve të përbërë nga fibra karboni

Pasqyrë e materialeve të përbëra karbon-karbon

Materiali i përbërë karbon/karbon (C/C).është një material kompozit i përforcuar me fibra karboni me një sërë karakteristikash të shkëlqyera si forca dhe moduli i lartë, graviteti specifik i dritës, koeficienti i vogël i zgjerimit termik, rezistenca ndaj korrozionit, rezistenca ndaj goditjes termike, rezistencë e mirë ndaj fërkimit dhe stabilitet i mirë kimik. Është një lloj i ri i materialit të përbërë me temperaturë ultra të lartë.

Materiali i përbërë C/Cështë një material i shkëlqyer inxhinierik i strukturës termike-funksionale. Ashtu si materialet e tjera të përbëra me performancë të lartë, është një strukturë e përbërë e përbërë nga një fazë e përforcuar me fibra dhe një fazë bazë. Dallimi është se si faza e përforcuar ashtu edhe faza bazë përbëhen nga karboni i pastër me veti të veçanta.

Materialet e përbëra karbon/karbonjanë bërë kryesisht nga shamia e karbonit, pëlhura karboni, fibra karboni si përforcim dhe karboni i depozituar në avull si matricë, por ai ka vetëm një element, që është karboni. Për të rritur densitetin, karboni i krijuar nga karbonizimi është i ngopur me karbon ose i ngopur me rrëshirë (ose asfalt), domethënë, materialet e përbërë karbon/karbon janë bërë nga tre materiale karboni.

Procesi i prodhimit të materialeve të përbëra karbon-karbon

1) Zgjedhja e fibrës së karbonit

Përzgjedhja e tufave të fibrave të karbonit dhe dizajni strukturor i pëlhurave me fibra janë baza për prodhiminKompozit C/C. Vetitë mekanike dhe vetitë termofizike të kompoziteve C/C mund të përcaktohen duke zgjedhur në mënyrë racionale llojet e fibrave dhe parametrat e thurjes së pëlhurës, të tilla si orientimi i rregullimit të paketave të fijeve, hapësira e tufës së fijeve, përmbajtja e vëllimit të paketës së fijeve, etj.

2) Përgatitja e paraformës së fibrave të karbonit

Paraforma e fibrës së karbonit i referohet një boshe që formohet në formën e kërkuar strukturore të fibrës sipas formës së produktit dhe kërkesave të performancës për të kryer procesin e densifikimit. Ekzistojnë tre metoda kryesore të përpunimit për pjesët strukturore të paraformuara: thurje e butë, thurje e fortë dhe thurje e përzier e butë dhe e fortë. Proceset kryesore të thurjes janë: thurja e fijeve të thata, rregullimi i grupit të shufrave të para-ngopura, shpimi i thurjes së imët, mbështjellja e fibrave dhe thurja e përgjithshme tredimensionale me shumë drejtime. Aktualisht, procesi kryesor i thurjes i përdorur në materialet e përbëra C është gërshetimi i përgjithshëm tredimensional me shumë drejtime. Gjatë procesit të thurjes, të gjitha fijet e endura janë rregulluar në një drejtim të caktuar. Çdo fije zhvendoset në një kënd të caktuar përgjatë drejtimit të vet dhe ndërthuret me njëra-tjetrën për të formuar një pëlhurë. Karakteristika e tij është se mund të formojë një pëlhurë të përgjithshme tredimensionale me shumë drejtime, e cila mund të kontrollojë në mënyrë efektive përmbajtjen e volumit të fibrave në çdo drejtim të materialit të përbërë C/C, në mënyrë që materiali i përbërë C/C të mund të ushtrojë veti të arsyeshme mekanike. në të gjitha drejtimet.

3) Procesi i densifikimit të C/C

Shkalla dhe efikasiteti i densifikimit ndikohen kryesisht nga struktura e pëlhurës dhe parametrat e procesit të materialit bazë. Metodat e procesit të përdorura aktualisht përfshijnë karbonizimin me impregnim, depozitimin e avullit kimik (CVD), infiltrimin e avullit kimik (CVI), depozitimin e lëngjeve kimike, pirolizën dhe metoda të tjera. Ekzistojnë dy lloje kryesore të metodave të procesit: procesi i karbonizimit me impregnim dhe procesi i infiltrimit të avullit kimik.

Impregnim-karbonizimi në fazën e lëngshme

Metoda e impregnimit me fazë të lëngshme është relativisht e thjeshtë në pajisje dhe ka zbatueshmëri të gjerë, kështu që metoda e impregnimit me fazë të lëngshme është një metodë e rëndësishme për përgatitjen e materialeve të përbëra C/C. Është për të zhytur paraformën e bërë nga fibra karboni në ngopjen e lëngshme dhe për ta bërë atë të depërtojë plotësisht në zbrazëtirat e paraformës me anë të presionit, dhe më pas përmes një sërë procesesh të tilla si pjekja, karbonizimi dhe grafitizimi, përfundimisht fitohetC/C materiale të përbëra. Disavantazhi i tij është se nevojiten cikle të përsëritura impregnimi dhe karbonizimi për të arritur kërkesat e densitetit. Përbërja dhe struktura e ngopjes në metodën e impregnimit me fazë të lëngshme janë shumë të rëndësishme. Ai jo vetëm që ndikon në efikasitetin e densifikimit, por gjithashtu ndikon në vetitë mekanike dhe fizike të produktit. Përmirësimi i rendimentit të karbonizimit të impregnantit dhe ulja e viskozitetit të impregnantit kanë qenë gjithmonë një nga çështjet kryesore për t'u zgjidhur në përgatitjen e materialeve të përbëra C/C me metodën e impregnimit me fazë të lëngshme. Viskoziteti i lartë dhe rendimenti i ulët i karbonizimit të ngopjes janë një nga arsyet e rëndësishme për koston e lartë të materialeve të përbëra C/C. Përmirësimi i performancës së ngopjes jo vetëm që mund të përmirësojë efikasitetin e prodhimit të materialeve të përbëra C/C dhe të zvogëlojë koston e tyre, por gjithashtu të përmirësojë vetitë e ndryshme të materialeve të përbëra C/C. Trajtimi antioksidues i materialeve të përbëra C/C Fibra e karbonit fillon të oksidohet në 360°C në ajër. Fibra grafit është pak më e mirë se fibra e karbonit dhe temperatura e saj e oksidimit fillon të oksidohet në 420°C. Temperatura e oksidimit të materialeve të përbëra C/C është rreth 450°C. Materialet e përbëra C/C janë shumë të lehta për t'u oksiduar në një atmosferë oksiduese me temperaturë të lartë dhe shkalla e oksidimit rritet me shpejtësi me rritjen e temperaturës. Nëse nuk ka masa antioksiduese, përdorimi afatgjatë i materialeve të përbëra C/C në një mjedis oksidativ me temperaturë të lartë do të shkaktojë në mënyrë të pashmangshme pasoja katastrofike. Prandaj, trajtimi antioksidues i materialeve të përbëra C/C është bërë pjesë e pazëvendësueshme e procesit të përgatitjes së tij. Nga këndvështrimi i teknologjisë antioksiduese, ajo mund të ndahet në teknologjinë e brendshme antioksiduese dhe teknologjinë e veshjes kundër oksidimit.

Faza e avullit kimik

Depozitimi i avullit kimik (CVD ose CVI) është depozitimi i karbonit direkt në poret e boshllëkut për të arritur qëllimin e mbushjes së poreve dhe rritjen e densitetit. Karboni i depozituar është i lehtë për t'u grafitizuar dhe ka përputhshmëri të mirë fizike me fibrën. Nuk do të tkurret gjatë rikarbonizimit si metoda e impregnimit dhe vetitë fizike dhe mekanike të kësaj metode janë më të mira. Megjithatë, gjatë procesit CVD, nëse karboni depozitohet në sipërfaqen e boshllëkut, ai do të parandalojë që gazi të shpërndahet në poret e brendshme. Karboni i depozituar në sipërfaqe duhet të hiqet mekanikisht dhe më pas duhet të kryhet një raund i ri depozitimi. Për produktet e trasha, edhe metoda CVD ka vështirësi të caktuara dhe cikli i kësaj metode është gjithashtu shumë i gjatë.