Proseso ng paghahanda ng mga carbon fiber composite na materyales

Pangkalahatang-ideya ng Carbon-Carbon Composite Materials

Carbon/carbon (C/C) composite materialay isang carbon fiber reinforced composite material na may serye ng mga mahuhusay na katangian tulad ng mataas na lakas at modulus, light specific gravity, maliit na thermal expansion coefficient, corrosion resistance, thermal shock resistance, magandang friction resistance, at magandang kemikal na katatagan. Ito ay isang bagong uri ng ultra-high temperature composite material.

C/C composite materialay isang mahusay na thermal structure-functional integrated engineering material. Tulad ng iba pang high-performance na composite na materyales, ito ay isang composite na istraktura na binubuo ng isang fiber-reinforced phase at isang basic phase. Ang pagkakaiba ay ang parehong reinforced phase at ang pangunahing bahagi ay binubuo ng purong carbon na may mga espesyal na katangian.

Carbon/carbon composite na materyalesay pangunahing gawa sa carbon felt, carbon cloth, carbon fiber bilang reinforcement, at vapor na nakadeposito ng carbon bilang matrix, ngunit mayroon lamang itong isang elemento, which is carbon. Upang mapataas ang density, ang carbon na nabuo sa pamamagitan ng carbonization ay pinapagbinhi ng carbon o pinapagbinhi ng resin (o aspalto), iyon ay, ang carbon/carbon composite na materyales ay gawa sa tatlong carbon material.

Proseso ng paggawa ng mga carbon-carbon composite na materyales

1) Pagpili ng carbon fiber

Ang pagpili ng mga bundle ng carbon fiber at ang disenyo ng istruktura ng mga tela ng hibla ay ang batayan para sa pagmamanupakturaC/C composite. Ang mga mekanikal na katangian at thermophysical na katangian ng C/C composites ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng makatwirang pagpili ng mga uri ng hibla at mga parameter ng paghabi ng tela, tulad ng oryentasyon ng pag-aayos ng bundle ng yarn, spacing ng bundle ng sinulid, nilalaman ng dami ng yarn bundle, atbp.

2) Paghahanda ng carbon fiber preform

Ang carbon fiber preform ay tumutukoy sa isang blangko na nabuo sa kinakailangang structural na hugis ng fiber ayon sa hugis ng produkto at mga kinakailangan sa pagganap upang maisagawa ang proseso ng densification. Mayroong tatlong pangunahing pamamaraan ng pagproseso para sa mga preformed structural na bahagi: soft weaving, hard weaving at soft and hard mixed weaving. Ang mga pangunahing proseso ng paghabi ay: dry yarn weaving, pre-impregnated rod group arrangement, fine weaving puncture, fiber winding at three-dimensional multi-directional overall weaving. Sa kasalukuyan, ang pangunahing proseso ng paghabi na ginagamit sa C composite na materyales ay tatlong-dimensional na pangkalahatang multi-directional na paghabi. Sa panahon ng proseso ng paghabi, ang lahat ng pinagtagpi na mga hibla ay nakaayos sa isang tiyak na direksyon. Ang bawat hibla ay na-offset sa isang tiyak na anggulo kasama ang sarili nitong direksyon at pinagsama sa isa't isa upang bumuo ng isang tela. Ang katangian nito ay maaari itong bumuo ng isang three-dimensional na multi-directional na pangkalahatang tela, na maaaring epektibong makontrol ang dami ng nilalaman ng mga hibla sa bawat direksyon ng C/C composite material, upang ang C/C composite na materyal ay makapagbigay ng makatwirang mekanikal na katangian. sa lahat ng direksyon.

3) Proseso ng densification ng C/C

Ang antas at kahusayan ng densification ay pangunahing apektado ng istraktura ng tela at ang mga parameter ng proseso ng batayang materyal. Ang mga pamamaraan ng proseso na kasalukuyang ginagamit ay kinabibilangan ng impregnation carbonization, chemical vapor deposition (CVD), chemical vapor infiltration (CVI), chemical liquid deposition, pyrolysis at iba pang mga pamamaraan. Mayroong dalawang pangunahing uri ng mga pamamaraan ng proseso: proseso ng carbonization ng impregnation at proseso ng paglusot ng singaw ng kemikal.

Liquid phase impregnation-carbonization

Ang pamamaraan ng pagpapabinhi ng phase ng likido ay medyo simple sa kagamitan at may malawak na kakayahang magamit, kaya ang paraan ng pagpapabinhi ng likidong yugto ay isang mahalagang paraan para sa paghahanda ng mga materyales na pinaghalo ng C/C. Ito ay upang ilubog ang preform na gawa sa carbon fiber sa likidong impregnant, at gawin ang impregnant na ganap na tumagos sa mga voids ng preform sa pamamagitan ng pressurization, at pagkatapos ay sa pamamagitan ng isang serye ng mga proseso tulad ng paggamot, carbonization, at graphitization, sa wakas ay makuha.C/C composite na materyales. Ang kawalan nito ay nangangailangan ng paulit-ulit na impregnation at carbonization cycle upang makamit ang mga kinakailangan sa density. Ang komposisyon at istraktura ng impregnant sa paraan ng pagpapabinhi ng bahagi ng likido ay napakahalaga. Hindi lamang ito nakakaapekto sa kahusayan ng densification, ngunit nakakaapekto rin sa mekanikal at pisikal na mga katangian ng produkto. Ang pagpapabuti ng carbonization yield ng impregnant at pagbabawas ng lagkit ng impregnant ay palaging isa sa mga pangunahing isyu na dapat lutasin sa paghahanda ng C/C composite na materyales sa pamamagitan ng liquid phase impregnation method. Ang mataas na lagkit at mababang carbonization yield ng impregnant ay isa sa mga mahalagang dahilan para sa mataas na halaga ng C/C composite materials. Ang pagpapabuti ng pagganap ng impregnant ay hindi lamang maaaring mapabuti ang kahusayan ng produksyon ng mga C/C composite na materyales at mabawasan ang kanilang gastos, ngunit mapabuti din ang iba't ibang katangian ng C/C composite na materyales. Anti-oxidation treatment ng C/C composite materials Nagsisimulang mag-oxidize ang carbon fiber sa 360°C sa hangin. Ang graphite fiber ay bahagyang mas mahusay kaysa sa carbon fiber, at ang temperatura ng oksihenasyon nito ay nagsisimulang mag-oxidize sa 420°C. Ang temperatura ng oksihenasyon ng C/C composite na materyales ay humigit-kumulang 450°C. Ang mga C/C composite na materyales ay napakadaling ma-oxidize sa isang mataas na temperatura na oxidative na kapaligiran, at mabilis na tumataas ang rate ng oksihenasyon sa pagtaas ng temperatura. Kung walang mga hakbang na anti-oxidation, ang pangmatagalang paggamit ng C/C composite na mga materyales sa isang mataas na temperatura na oxidative na kapaligiran ay hindi maiiwasang magdulot ng mga sakuna na kahihinatnan. Samakatuwid, ang anti-oxidation treatment ng C/C composite materials ay naging isang kailangang-kailangan na bahagi ng proseso ng paghahanda nito. Mula sa pananaw ng teknolohiyang anti-oxidation, maaari itong nahahati sa panloob na teknolohiya ng anti-oxidation at teknolohiya ng anti-oxidation coating.

Phase ng Singaw ng Kimikal

Ang chemical vapor deposition (CVD o CVI) ay direktang magdeposito ng carbon sa mga pores ng blangko upang makamit ang layunin ng pagpuno ng mga pores at pagtaas ng density. Ang idinepositong carbon ay madaling i-graphitize, at may magandang pisikal na pagkakatugma sa fiber. Hindi ito uurong sa panahon ng muling pag-carbonization tulad ng paraan ng pagpapabinhi, at mas maganda ang pisikal at mekanikal na katangian ng pamamaraang ito. Gayunpaman, sa panahon ng proseso ng CVD, kung ang carbon ay idineposito sa ibabaw ng blangko, mapipigilan nito ang gas mula sa diffusing sa mga panloob na pores. Ang carbon na idineposito sa ibabaw ay dapat na alisin nang mekanikal at pagkatapos ay isang bagong pag-ikot ng deposition ay dapat isagawa. Para sa mga makapal na produkto, ang pamamaraan ng CVD ay mayroon ding ilang mga paghihirap, at ang ikot ng pamamaraang ito ay napakatagal din.