Karbon fiber kompozit malzemelerin hazırlanma süreci

Karbon-Karbon Kompozit Malzemelere Genel Bakış

Karbon/karbon (C/C) kompozit malzemeyüksek mukavemet ve modül, hafif özgül ağırlık, küçük termal genleşme katsayısı, korozyon direnci, termal şok direnci, iyi sürtünme direnci ve iyi kimyasal stabilite gibi bir dizi mükemmel özelliğe sahip, karbon fiber takviyeli kompozit bir malzemedir. Yeni bir ultra yüksek sıcaklık kompozit malzeme türüdür.

C/C kompozit malzememükemmel bir termal yapı-fonksiyonel entegre mühendislik malzemesidir. Diğer yüksek performanslı kompozit malzemeler gibi fiberle güçlendirilmiş bir faz ve bir temel fazdan oluşan kompozit bir yapıdır. Aradaki fark, hem güçlendirilmiş fazın hem de temel fazın özel özelliklere sahip saf karbondan oluşmasıdır.

Karbon/karbon kompozit malzemeleresas olarak karbon keçe, karbon kumaş, takviye olarak karbon fiber ve matris olarak buharla biriktirilmiş karbondan yapılır, ancak yalnızca bir elemente sahiptir, o da karbondur. Yoğunluğu arttırmak için karbonizasyonla üretilen karbon, karbonla emprenye edilir veya reçine (veya asfalt) ile emprenye edilir, yani karbon/karbon kompozit malzemeler üç karbonlu malzemeden yapılır.

Karbon-karbon kompozit malzemelerin üretim süreci

1) Karbon fiber seçimi

Karbon fiber demetlerinin seçimi ve fiber kumaşların yapısal tasarımı üretimin temelini oluştururC/C kompozit. C/C kompozitlerinin mekanik özellikleri ve termofiziksel özellikleri, iplik demetinin düzenlenmesi, iplik demetinin aralığı, iplik demetinin hacim içeriği vb. gibi elyaf türleri ve kumaş dokuma parametrelerinin rasyonel olarak seçilmesiyle belirlenebilir.

2) Karbon fiber ön kalıbın hazırlanması

Karbon fiber ön formu, yoğunlaştırma işlemini gerçekleştirmek için ürün şekli ve performans gerekliliklerine göre fiberin gerekli yapısal şekline dönüştürülen bir işlenmemiş malzemeyi ifade eder. Önceden şekillendirilmiş yapısal parçalar için üç ana işleme yöntemi vardır: yumuşak dokuma, sert dokuma ve yumuşak ve sert karışık dokuma. Ana dokuma işlemleri şunlardır: kuru iplik dokuma, önceden emprenye edilmiş çubuk grubu düzenlemesi, ince dokuma delinmesi, elyaf sarma ve üç boyutlu, çok yönlü genel dokuma. Şu anda C kompozit malzemelerde kullanılan ana dokuma işlemi üç boyutlu genel olarak çok yönlü dokumadır. Dokuma işlemi sırasında dokunan tüm elyaflar belirli bir yönde düzenlenir. Her bir elyaf, kendi yönü boyunca belirli bir açıyla kaydırılır ve bir kumaş oluşturacak şekilde birbiriyle iç içe dokunur. Karakteristik özelliği, C/C kompozit malzemenin her yönündeki liflerin hacim içeriğini etkili bir şekilde kontrol edebilen, üç boyutlu, çok yönlü bir genel kumaş oluşturabilmesi, böylece C/C kompozit malzemenin makul mekanik özellikler gösterebilmesidir. her yöne.

3) C/C yoğunlaştırma süreci

Yoğunlaştırmanın derecesi ve verimliliği temel olarak kumaş yapısından ve ana malzemenin işlem parametrelerinden etkilenir. Şu anda kullanılan proses yöntemleri arasında emprenye karbonizasyonu, kimyasal buhar biriktirme (CVD), kimyasal buhar infiltrasyonu (CVI), kimyasal sıvı biriktirme, piroliz ve diğer yöntemler bulunmaktadır. İki ana proses yöntemi türü vardır: emprenye karbonizasyon prosesi ve kimyasal buhar infiltrasyon prosesi.

Sıvı fazda emprenye-karbonizasyon

Sıvı faz emdirme yöntemi ekipman açısından nispeten basittir ve geniş uygulanabilirliğe sahiptir, bu nedenle sıvı faz emdirme yöntemi C/C kompozit malzemelerin hazırlanmasında önemli bir yöntemdir. Karbon fiberden yapılmış preformu sıvı emprenye maddesine batırmak ve emprenye maddesinin basınçlandırma yoluyla preformun boşluklarına tamamen nüfuz etmesini sağlamak ve daha sonra kürleme, karbonizasyon ve grafitizasyon gibi bir dizi işlem yoluyla nihayet elde etmektir.C/C kompozit malzemeler. Dezavantajı yoğunluk gerekliliklerine ulaşmak için tekrarlanan emprenye ve karbonizasyon döngülerinin gerekli olmasıdır. Sıvı fazda emprenye yönteminde emprenye maddesinin bileşimi ve yapısı çok önemlidir. Sadece yoğunlaştırma verimliliğini etkilemez, aynı zamanda ürünün mekanik ve fiziksel özelliklerini de etkiler. Emprenyenin karbonizasyon veriminin arttırılması ve emprenyenin viskozitesinin azaltılması, sıvı fazlı emprenye yöntemiyle C/C kompozit malzemelerin hazırlanmasında her zaman çözülmesi gereken temel konulardan biri olmuştur. Emdiricinin yüksek viskozitesi ve düşük karbonizasyon verimi, C/C kompozit malzemelerin yüksek maliyetinin önemli nedenlerinden biridir. Emdiricinin performansının arttırılması, yalnızca C/C kompozit malzemelerin üretim verimliliğini arttırmakla ve maliyetlerini düşürmekle kalmaz, aynı zamanda C/C kompozit malzemelerin çeşitli özelliklerini de geliştirebilir. C/C kompozit malzemelerin oksidasyon önleyici işlemi Karbon fiber havada 360°C'de oksitlenmeye başlar. Grafit fiber, karbon fiberden biraz daha iyidir ve oksidasyon sıcaklığı 420°C'de oksitlenmeye başlar. C/C kompozit malzemelerin oksidasyon sıcaklığı yaklaşık 450°C'dir. C/C kompozit malzemelerin yüksek sıcaklıktaki oksidatif atmosferde oksitlenmesi çok kolaydır ve sıcaklığın artmasıyla oksidasyon hızı hızla artar. Anti-oksidasyon önlemleri yoksa, C/C kompozit malzemelerinin yüksek sıcaklıktaki oksidatif ortamda uzun süreli kullanımı kaçınılmaz olarak felaketle sonuçlanacak sonuçlara neden olacaktır. Bu nedenle C/C kompozit malzemelerinin oksidasyon önleyici işlemi, hazırlama sürecinin vazgeçilmez bir parçası haline geldi. Anti-oksidasyon teknolojisi açısından bakıldığında, dahili anti-oksidasyon teknolojisi ve anti-oksidasyon kaplama teknolojisine ayrılabilir.

Kimyasal Buhar Aşaması

Kimyasal buhar biriktirme (CVD veya CVI), gözenekleri doldurma ve yoğunluğu arttırma amacına ulaşmak için karbonu doğrudan işlenmemiş parçanın gözeneklerine biriktirmektir. Depolanan karbonun grafitleştirilmesi kolaydır ve fiberle iyi bir fiziksel uyumluluğa sahiptir. Emdirme yöntemi gibi yeniden karbonizasyon sırasında çekme yapmaz ve bu yöntemin fiziksel ve mekanik özellikleri daha iyidir. Ancak CVD işlemi sırasında işlenmemiş parçanın yüzeyinde karbon birikmesi halinde gazın iç gözeneklere difüzyonu engellenecektir. Yüzeyde biriken karbon mekanik olarak uzaklaştırılmalı ve ardından yeni bir çökeltme işlemi gerçekleştirilmelidir. Kalın ürünler için CVD yönteminin de bazı zorlukları vardır ve bu yöntemin döngüsü de çok uzundur.