Beredningsprocess för kolfiberkompositmaterial

Översikt över kol-kolkompositmaterial

Kol/kol (C/C) kompositmaterialär ett kolfiberförstärkt kompositmaterial med en rad utmärkta egenskaper såsom hög hållfasthet och modul, lätt specifik vikt, liten värmeutvidgningskoefficient, korrosionsbeständighet, värmechockbeständighet, bra friktionsbeständighet och god kemisk stabilitet. Det är en ny typ av kompositmaterial med ultrahög temperatur.

C/C kompositmaterialär ett utmärkt termisk struktur-funktionellt integrerat tekniskt material. Liksom andra högpresterande kompositmaterial är det en kompositstruktur som består av en fiberförstärkt fas och en grundfas. Skillnaden är att både den förstärkta fasen och grundfasen är sammansatta av rent kol med speciella egenskaper.

Kol/kol kompositmaterialär huvudsakligen gjorda av kolfilt, koltyg, kolfiber som förstärkning och ångavsatt kol som matris, men det har bara ett element, som är kol. För att öka densiteten impregneras kolet som genereras genom förkolning med kol eller impregneras med harts (eller asfalt), det vill säga kol/kol-kompositmaterial är gjorda av tre kolmaterial.

Tillverkningsprocess för kol-kolkompositmaterial

1) Val av kolfiber

Valet av kolfiberbuntar och den strukturella designen av fibertyger är grunden för tillverkningenC/C komposit. De mekaniska egenskaperna och termofysiska egenskaperna hos C/C-kompositer kan bestämmas genom att rationellt välja fibertyper och tygvävningsparametrar, såsom garnbuntsarrangemangsorientering, garnbuntsavstånd, garnbuntsvolyminnehåll, etc.

2) Beredning av kolfiberförform

Kolfiberförform hänvisar till ett ämne som formas till den erforderliga strukturella formen av fibern enligt produktformen och prestandakraven för att utföra förtätningsprocessen. Det finns tre huvudsakliga bearbetningsmetoder för förformade strukturella delar: mjuk vävning, hård vävning och mjuk och hård blandad vävning. De huvudsakliga vävprocesserna är: torrt garnvävning, förimpregnerad stavgruppsarrangemang, finvävspunktering, fiberlindning och tredimensionell flervägsövergripande vävning. För närvarande är den huvudsakliga vävprocessen som används i C-kompositmaterial tredimensionell övergripande flervägsvävning. Under vävningsprocessen arrangeras alla vävda fibrer i en viss riktning. Varje fiber är förskjuten i en viss vinkel längs sin egen riktning och sammanvävda med varandra för att bilda ett tyg. Dess kännetecken är att det kan bilda en tredimensionell flervägsövergripande väv, som effektivt kan kontrollera volyminnehållet av fibrer i varje riktning av C/C-kompositmaterialet, så att C/C-kompositmaterialet kan utöva rimliga mekaniska egenskaper åt alla håll.

3) C/C-förtätningsprocess

Graden och effektiviteten av förtätningen påverkas huvudsakligen av tygstrukturen och basmaterialets processparametrar. De processmetoder som för närvarande används inkluderar impregneringsförkolning, kemisk ångavsättning (CVD), kemisk ånginfiltration (CVI), kemisk vätskeavsättning, pyrolys och andra metoder. Det finns två huvudtyper av processmetoder: impregneringsförkolningsprocess och kemisk ånginfiltrationsprocess.

Vätskefasimpregnering-förkolning

Vätskefasimpregneringsmetoden är relativt enkel i utrustningen och har bred tillämpbarhet, så vätskefasimpregneringsmetoden är en viktig metod för att framställa C/C-kompositmaterial. Det är att sänka ned förformen gjord av kolfiber i det flytande impregneringsmedlet och få impregneringsmedlet att helt penetrera in i förformens hålrum genom trycksättning, och sedan genom en serie processer såsom härdning, förkolning och grafitisering, slutligen erhållaC/C kompositmaterial. Dess nackdel är att det krävs upprepade impregnerings- och karboniseringscykler för att uppnå densitetskraven. Sammansättningen och strukturen av impregneringsmedlet i vätskefasimpregneringsmetoden är mycket viktiga. Det påverkar inte bara förtätningseffektiviteten, utan påverkar också produktens mekaniska och fysikaliska egenskaper. Förbättring av förkolningsutbytet av impregneringsmedlet och minskning av impregneringsmedlets viskositet har alltid varit en av nyckelfrågorna att lösa vid framställningen av C/C-kompositmaterial genom vätskefasimpregneringsmetod. Impregneringsmedlets höga viskositet och låga karboniseringsutbyte är en av de viktiga orsakerna till den höga kostnaden för C/C-kompositmaterial. Att förbättra prestandan hos impregneringsmedlet kan inte bara förbättra produktionseffektiviteten för C/C-kompositmaterial och minska deras kostnader, utan också förbättra de olika egenskaperna hos C/C-kompositmaterial. Antioxidationsbehandling av C/C-kompositmaterial Kolfiber börjar oxidera vid 360°C i luften. Grafitfiber är något bättre än kolfiber, och dess oxidationstemperatur börjar oxidera vid 420°C. Oxidationstemperaturen för C/C-kompositmaterial är cirka 450°C. C/C-kompositmaterial är mycket lätta att oxidera i en högtemperaturoxidativ atmosfär, och oxidationshastigheten ökar snabbt med temperaturökningen. Om det inte finns några antioxidationsåtgärder kommer långvarig användning av C/C-kompositmaterial i en oxidativ miljö med hög temperatur oundvikligen att orsaka katastrofala konsekvenser. Därför har antioxidationsbehandlingen av C/C-kompositmaterial blivit en oumbärlig del av beredningsprocessen. Ur antioxidationsteknikens perspektiv kan den delas in i intern antioxidationsteknik och antioxidationsbeläggningsteknik.

Kemisk ångfas

Kemisk ångavsättning (CVD eller CVI) är att avsätta kol direkt i ämnets porer för att uppnå syftet att fylla porerna och öka densiteten. Det avsatta kolet är lätt att grafitisera och har god fysisk kompatibilitet med fibern. Det kommer inte att krympa under återförkolning som impregneringsmetoden, och de fysiska och mekaniska egenskaperna hos denna metod är bättre. Men under CVD-processen, om kol avsätts på ytan av ämnet, kommer det att förhindra gasen från att diffundera in i de inre porerna. Kolet som avsatts på ytan ska avlägsnas mekaniskt och sedan ska en ny deponeringsomgång genomföras. För tjocka produkter har CVD-metoden också vissa svårigheter, och cykeln för denna metod är också mycket lång.