Karbon lifli kompozit materialların hazırlanması prosesi

Karbon-Karbon Kompozit Materiallarına Baxış

Karbon/karbon (C/C) kompozit materialyüksək möhkəmlik və modul, yüngül xüsusi çəkisi, kiçik istilik genişlənmə əmsalı, korroziyaya davamlılıq, istilik zərbəsinə davamlılıq, yaxşı sürtünmə müqaviməti və yaxşı kimyəvi stabillik kimi bir sıra əla xüsusiyyətlərə malik karbon lifli möhkəmləndirilmiş kompozit materialdır. Bu, yeni bir ultra yüksək temperaturlu kompozit material növüdür.

C/C kompozit materialıəla istilik strukturu-funksional inteqrasiya olunmuş mühəndislik materialıdır. Digər yüksək performanslı kompozit materiallar kimi, bu da liflə möhkəmləndirilmiş faza və əsas fazadan ibarət kompozit strukturdur. Fərq ondadır ki, həm möhkəmləndirilmiş faza, həm də əsas faza xüsusi xüsusiyyətlərə malik təmiz karbondan ibarətdir.

Karbon/karbon kompozit materiallarıəsasən karbon keçədən, karbon parçadan, möhkəmləndirici kimi karbon lifindən və matris kimi buxar çökdürülmüş karbondan hazırlanır, lakin onun yalnız bir elementi var, o da karbondur. Sıxlığı artırmaq üçün karbonlaşma nəticəsində əmələ gələn karbon karbonla hopdurulur və ya qatran (və ya asfalt) ilə hopdurulur, yəni karbon/karbon kompozit materialları üç karbon materialından hazırlanır.

Karbon-karbon kompozit materiallarının istehsal prosesi

1) Karbon lifinin seçimi

Karbon lif dəstələrinin seçimi və lif parçalarının struktur dizaynı istehsal üçün əsasdırC/C kompozitC/C kompozitlərinin mexaniki və termofiziki xüsusiyyətləri, iplik dəstəsinin düzülüş istiqaməti, iplik dəstəsi aralığı, iplik dəstəsinin həcm tərkibi və s. kimi lif növlərini və parça toxuma parametrlərini rasional seçməklə müəyyən edilə bilər.

2) Karbon lif preformunun hazırlanması

Karbon lifinin preformu, sıxlaşdırma prosesini həyata keçirmək üçün məhsulun formasına və performans tələblərinə uyğun olaraq lifin tələb olunan struktur formasına salınmış boşluğa aiddir. Əvvəlcədən formalaşdırılan struktur hissələri üçün üç əsas emal üsulu mövcuddur: yumşaq toxuma, sərt toxuma və yumşaq və sərt qarışıq toxuma. Əsas toxuma prosesləri bunlardır: quru iplik toxuması, əvvəlcədən hopdurulmuş çubuq qrupu düzülüşü, incə toxuma deşilməsi, lif sarğısı və üçölçülü çoxistiqamətli ümumi toxuma. Hazırda C kompozit materiallarında istifadə olunan əsas toxuma prosesi üçölçülü ümumi çoxistiqamətli toxumadır. Toxunma prosesi zamanı bütün toxunmuş liflər müəyyən bir istiqamətdə düzülür. Hər bir lif öz istiqaməti boyunca müəyyən bir bucaq altında yerdəyişir və bir parça əmələ gətirmək üçün bir-biri ilə toxunur. Xüsusiyyəti, C/C kompozit materialının hər istiqamətində liflərin həcm tərkibini effektiv şəkildə idarə edə bilən üçölçülü çoxistiqamətli ümumi parça əmələ gətirə bilməsidir ki, C/C kompozit materialı bütün istiqamətlərdə ağlabatan mexaniki xüsusiyyətlər göstərə bilsin.

3) C/C sıxlaşdırma prosesi

Sıxlaşma dərəcəsi və səmərəliliyi əsasən parça strukturundan və əsas materialın proses parametrlərindən təsirlənir. Hal-hazırda istifadə olunan proses metodlarına hopdurma karbonlaşması, kimyəvi buxar çöküntüsü (CVD), kimyəvi buxar infiltrasiyası (CVI), kimyəvi maye çöküntüsü, piroliz və digər üsullar daxildir. Proses metodlarının iki əsas növü mövcuddur: hopdurma karbonlaşma prosesi və kimyəvi buxar infiltrasiyası prosesi.

Maye fazalı hopdurma-karbonizasiya

Maye fazalı hopdurma metodu avadanlıq baxımından nisbətən sadədir və geniş tətbiq sahəsinə malikdir, buna görə də maye fazalı hopdurma metodu C/C kompozit materialların hazırlanması üçün vacib bir üsuldur. Karbon lifindən hazırlanmış preformu maye hopdurucuya batırmaq və hopdurucunun təzyiqlə preformun boşluqlarına tam nüfuz etməsini təmin etmək, sonra isə bərkimə, karbonlaşma və qrafitləşmə kimi bir sıra proseslər vasitəsilə nəhayət əldə etməkdir.C/C kompozit materiallarıOnun dezavantajı, sıxlıq tələblərinə nail olmaq üçün təkrarlanan hopdurma və karbonlaşma dövrlərinin tələb olunmasıdır. Maye fazalı hopdurma metodunda hopdurucunun tərkibi və quruluşu çox vacibdir. Bu, yalnız sıxlaşdırma səmərəliliyinə deyil, həm də məhsulun mexaniki və fiziki xüsusiyyətlərinə təsir göstərir. Hopdurucunun karbonlaşma məhsuldarlığının artırılması və hopdurucunun özlülüyünün azaldılması həmişə maye fazalı hopdurma metodu ilə C/C kompozit materiallarının hazırlanmasında həll edilməli olan əsas məsələlərdən biri olmuşdur. Hopdurucunun yüksək özlülüyü və aşağı karbonlaşma məhsuldarlığı C/C kompozit materiallarının yüksək qiymətinin vacib səbəblərindən biridir. Hopdurucunun performansının artırılması yalnız C/C kompozit materiallarının istehsal səmərəliliyini artırmaqla və onların maya dəyərini azaltmaqla yanaşı, həm də C/C kompozit materiallarının müxtəlif xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra bilər. C/C kompozit materiallarının antioksidləşmə müalicəsi Karbon lifi havada 360°C-də oksidləşməyə başlayır. Qrafit lifi karbon lifindən bir qədər yaxşıdır və onun oksidləşmə temperaturu 420°C-də oksidləşməyə başlayır. C/C kompozit materiallarının oksidləşmə temperaturu təxminən 450°C-dir. C/C kompozit materiallarının yüksək temperaturlu oksidləşdirici atmosferdə oksidləşməsi çox asandır və temperaturun artması ilə oksidləşmə sürəti sürətlə artır. Antioksidant tədbirləri görülməzsə, C/C kompozit materiallarının yüksək temperaturlu oksidləşdirici mühitdə uzunmüddətli istifadəsi qaçılmaz olaraq fəlakətli nəticələrə səbəb olacaq. Buna görə də, C/C kompozit materiallarının antioksidant emalı onun hazırlanması prosesinin ayrılmaz hissəsinə çevrilib. Antioksidant texnologiyası baxımından onu daxili antioksidant texnologiyası və antioksidant örtük texnologiyasına bölmək olar.

Kimyəvi Buxar Fazası

Kimyəvi buxar çöküntüsü (CVD və ya CVI), məsamələri doldurmaq və sıxlığı artırmaq məqsədinə çatmaq üçün karbonu birbaşa boşluğun məsamələrinə çökdürməkdir. Çökdürülmüş karbon qrafitləşdirmək asandır və liflə yaxşı fiziki uyğunluğa malikdir. Emprenye üsulu kimi təkrar karbonlaşma zamanı büzülməyəcək və bu üsulun fiziki və mexaniki xüsusiyyətləri daha yaxşıdır. Lakin, CVD prosesi zamanı karbon boşluğun səthinə çökdürülərsə, qazın daxili məsamələrə yayılmasının qarşısını alacaq. Səthə çökdürülmüş karbon mexaniki şəkildə çıxarılmalı və sonra yeni bir çöküntü mərhələsi aparılmalıdır. Qalın məhsullar üçün CVD metodunun da müəyyən çətinlikləri var və bu üsulun dövrü də çox uzundur.