Pregled kompozitnih materijala od ugljika i ugljika
Kompozitni materijal ugljik/ugljik (C/C)je kompozitni materijal ojačan ugljičnim vlaknima s nizom izvrsnih svojstava kao što su visoka čvrstoća i modul, mala specifična težina, mali koeficijent termičkog širenja, otpornost na koroziju, otpornost na termičke udare, dobra otpornost na trenje i dobra hemijska stabilnost. To je nova vrsta kompozitnog materijala za ultra visoke temperature.
C/C kompozitni materijalje odličan inženjerski materijal integriran s termičkom strukturom i funkcionalnošću. Poput drugih visokoperformansnih kompozitnih materijala, to je kompozitna struktura sastavljena od faze ojačane vlaknima i osnovne faze. Razlika je u tome što su i ojačana i osnovna faza sastavljene od čistog ugljika sa posebnim svojstvima.
Ugljik/ugljik kompozitni materijaliUglavnom se izrađuju od karbonskog filca, karbonske tkanine, karbonskih vlakana kao ojačanja i ugljika deponovanog parom kao matrice, ali imaju samo jedan element, a to je ugljik. Kako bi se povećala gustoća, ugljik generiran karbonizacijom impregnira se ugljikom ili impregnira smolom (ili asfaltom), odnosno kompozitni materijali ugljik/ugljik izrađeni su od tri karbonska materijala.
Proces proizvodnje kompozitnih materijala od ugljika i ugljika
1) Izbor karbonskih vlakana
Odabir snopova karbonskih vlakana i strukturni dizajn vlaknastih tkanina su osnova za proizvodnjuC/C kompozitMehanička i termofizička svojstva C/C kompozita mogu se odrediti racionalnim odabirom vrsta vlakana i parametara tkanja tkanine, kao što su orijentacija rasporeda snopova pređe, razmak između snopova pređe, zapreminski sadržaj snopa pređe itd.
2) Priprema predoblika od karbonskih vlakana
Preforma od karbonskih vlakana odnosi se na blank koji se oblikuje u potreban strukturni oblik vlakana prema zahtjevima oblika i performansi proizvoda kako bi se izvršio proces zgušnjavanja. Postoje tri glavne metode obrade za preformirane strukturne dijelove: meko tkanje, tvrdo tkanje i meko-tvrdo miješano tkanje. Glavni procesi tkanja su: tkanje suhom pređom, raspored prethodno impregniranih grupa šipki, fino tkanje, probijanje, namotavanje vlakana i trodimenzionalno višesmjerno cjelokupno tkanje. Trenutno je glavni proces tkanja koji se koristi kod C kompozitnih materijala trodimenzionalno ukupno višesmjerno tkanje. Tokom procesa tkanja, sva tkana vlakna su raspoređena u određenom smjeru. Svako vlakno je pomaknuto pod određenim uglom duž svog smjera i isprepliće se jedno s drugim kako bi se formirala tkanina. Njegova karakteristika je da može formirati trodimenzionalnu višesmjernu cjelokupnu tkaninu, koja može efikasno kontrolirati volumenski sadržaj vlakana u svakom smjeru C/C kompozitnog materijala, tako da C/C kompozitni materijal može pokazati razumna mehanička svojstva u svim smjerovima.
3) Proces zgušnjavanja C/C
Stepen i efikasnost zgušnjavanja uglavnom su pod utjecajem strukture tkanine i procesnih parametara osnovnog materijala. Procesne metode koje se trenutno koriste uključuju impregnacijsku karbonizaciju, hemijsko taloženje iz pare (CVD), hemijsku infiltraciju iz pare (CVI), hemijsko tečno taloženje, pirolizu i druge metode. Postoje dvije glavne vrste procesnih metoda: proces impregnacije karbonizacije i proces hemijske infiltracije iz pare.
Impregnacija-karbonizacija u tekućoj fazi
Metoda impregnacije tekućom fazom je relativno jednostavna za opremu i ima široku primjenu, tako da je metoda impregnacije tekućom fazom važna metoda za pripremu C/C kompozitnih materijala. Ona se sastoji od uranjanja preforme napravljene od karbonskih vlakana u tekuću impregnaciju, nakon čega impregnacija u potpunosti prodire u šupljine preforme pod pritiskom, a zatim kroz niz procesa kao što su vulkanizacija, karbonizacija i grafitizacija, konačno se dobija...C/C kompozitni materijaliNjegov nedostatak je što su potrebni ponovljeni ciklusi impregnacije i karbonizacije da bi se postigla zadana gustoća. Sastav i struktura impregnanta u metodi impregnacije u tekućoj fazi su vrlo važni. To ne utječe samo na efikasnost zgušnjavanja, već utječe i na mehanička i fizička svojstva proizvoda. Poboljšanje prinosa karbonizacije impregnanta i smanjenje viskoznosti impregnanta oduvijek su bili jedno od ključnih pitanja koja treba riješiti u pripremi C/C kompozitnih materijala metodom impregnacije u tekućoj fazi. Visoka viskoznost i nizak prinos karbonizacije impregnanta jedan su od važnih razloga za visoku cijenu C/C kompozitnih materijala. Poboljšanje performansi impregnanta ne samo da može poboljšati efikasnost proizvodnje C/C kompozitnih materijala i smanjiti njihovu cijenu, već i poboljšati različita svojstva C/C kompozitnih materijala. Antioksidacijski tretman C/C kompozitnih materijala Ugljična vlakna počinju oksidirati na 360°C na zraku. Grafitna vlakna su nešto bolja od ugljičnih vlakana, a njihova temperatura oksidacije počinje oksidirati na 420°C. Temperatura oksidacije C/C kompozitnih materijala je oko 450°C. C/C kompozitni materijali se vrlo lako oksidiraju u oksidativnoj atmosferi visoke temperature, a brzina oksidacije se brzo povećava s porastom temperature. Ako se ne preduzmu mjere protiv oksidacije, dugotrajna upotreba C/C kompozitnih materijala u oksidativnom okruženju visoke temperature neminovno će uzrokovati katastrofalne posljedice. Stoga je antioksidacijski tretman C/C kompozitnih materijala postao neizostavan dio procesa njihove pripreme. Iz perspektive tehnologije antioksidacije, može se podijeliti na tehnologiju interne antioksidacije i tehnologiju antioksidacijskog premaza.
Hemijska parna faza
Hemijsko nanošenje iz parne faze (CVD ili CVI) je metoda direktnog nanošenja ugljika u pore blanka kako bi se postigla svrha popunjavanja pora i povećanja gustoće. Naneseni ugljik se lako grafitizira i ima dobru fizičku kompatibilnost s vlaknima. Neće se skupljati tokom rekarbonizacije kao kod metode impregnacije, a fizička i mehanička svojstva ove metode su bolja. Međutim, tokom CVD procesa, ako se ugljik nanese na površinu blanka, to će spriječiti difuziju plina u unutrašnje pore. Ugljik nanesen na površinu treba mehanički ukloniti, a zatim provesti novi krug nanošenja. Za debele proizvode, CVD metoda također ima određene poteškoće, a ciklus ove metode je također vrlo dug.
Vrijeme objave: 31. decembar 2024.