Fremstillingsproces for kulfiberkompositmaterialer

Oversigt over kulstof-kulstof-kompositmaterialer

Kulstof/kulstof (C/C) kompositmaterialeer et kulfiberforstærket kompositmateriale med en række fremragende egenskaber såsom høj styrke og modul, letvægtsfylde, lille termisk udvidelseskoefficient, korrosionsbestandighed, termisk stødmodstand, god friktionsmodstand og god kemisk stabilitet. Det er en ny type kompositmateriale, der kan modstå ultrahøje temperaturer.

C/C-kompositmaterialeer et fremragende termisk struktur-funktionelt integreret ingeniørmateriale. Ligesom andre højtydende kompositmaterialer er det en kompositstruktur bestående af en fiberforstærket fase og en basisk fase. Forskellen er, at både den forstærkede fase og basisfasen er sammensat af rent kulstof med særlige egenskaber.

Kulstof/kulstof-kompositmaterialerer hovedsageligt lavet af kulfilt, kulstofdug, kulfiber som forstærkning og dampaflejret kulstof som matrix, men det har kun ét element, som er kulstof. For at øge densiteten imprægneres det kulstof, der genereres ved karbonisering, med kulstof eller imprægneres med harpiks (eller asfalt), dvs. kulstof/kulstof-kompositmaterialer er lavet af tre kulstofmaterialer.

Fremstillingsproces for kulstof-kulstof-kompositmaterialer

1) Valg af kulfiber

Udvælgelsen af ​​kulfiberbundter og det strukturelle design af fiberstoffer er grundlaget for fremstillingenC/C-kompositDe mekaniske og termofysiske egenskaber af C/C-kompositter kan bestemmes ved rationelt at vælge fibertyper og stofvævningsparametre, såsom garnbundtarrangementets orientering, garnbundtafstand, garnbundtvolumenindhold osv.

2) Fremstilling af kulfiberpræform

Kulfiberpræform refererer til et emne, der formes til den ønskede strukturelle form af fiberen i henhold til produktets form og ydeevnekrav for at udføre densificeringsprocessen. Der er tre hovedforarbejdningsmetoder til præformede strukturelle dele: blød vævning, hård vævning og blød og hård blandet vævning. De vigtigste væveprocesser er: tørgarnvævning, præimprægneret stanggruppearrangement, fin vævning punktering, fibervikling og tredimensionel multidirektionel samlet vævning. I øjeblikket er den vigtigste væveproces, der anvendes i C-kompositmaterialer, tredimensionel samlet multidirektionel vævning. Under væveprocessen arrangeres alle vævede fibre i en bestemt retning. Hver fiber er forskudt i en bestemt vinkel langs sin egen retning og sammenvævet for at danne et stof. Dets karakteristiske er, at det kan danne et tredimensionelt multidirektionelt samlet stof, som effektivt kan kontrollere volumenindholdet af fibre i hver retning af C/C-kompositmaterialet, således at C/C-kompositmaterialet kan udøve rimelige mekaniske egenskaber i alle retninger.

3) C/C-fortætningsproces

Graden og effektiviteten af ​​fortætning påvirkes hovedsageligt af stoffets struktur og procesparametrene for basismaterialet. De procesmetoder, der anvendes i øjeblikket, omfatter imprægneringskarbonisering, kemisk dampaflejring (CVD), kemisk dampinfiltration (CVI), kemisk væskeaflejring, pyrolyse og andre metoder. Der er to hovedtyper af procesmetoder: imprægneringskarboniseringsproces og kemisk dampinfiltrationsproces.

Flydende faseimprægnering-karbonisering

Flydende faseimprægneringsmetoden er relativt simpel i udstyr og har bred anvendelse, så flydende faseimprægneringsmetoden er en vigtig metode til fremstilling af C/C-kompositmaterialer. Det er at nedsænke præformen lavet af kulfiber i det flydende imprægneringsmiddel, og få imprægneringsmidlet til at trænge fuldstændigt ind i præformens hulrum ved trykpåvirkning, og derefter gennem en række processer såsom hærdning, karbonisering og grafitisering, endelig opnåsC/C-kompositmaterialerDens ulempe er, at det kræver gentagne imprægnerings- og karboniseringscyklusser for at opnå densitetskravene. Imprægneringsmidlets sammensætning og struktur i flydende faseimprægneringsmetoden er meget vigtig. Det påvirker ikke kun densificeringseffektiviteten, men påvirker også produktets mekaniske og fysiske egenskaber. Forbedring af karboniseringsudbyttet af imprægneringsmidlet og reduktion af viskositeten af ​​imprægneringsmidlet har altid været et af de vigtigste problemer, der skal løses ved fremstilling af C/C-kompositmaterialer ved hjælp af flydende faseimprægneringsmetoden. Imprægneringsmidlets høje viskositet og lave karboniseringsudbytte er en af ​​de vigtige årsager til de høje omkostninger ved C/C-kompositmaterialer. Forbedring af imprægneringsmidlets ydeevne kan ikke kun forbedre produktionseffektiviteten af ​​C/C-kompositmaterialer og reducere deres omkostninger, men også forbedre de forskellige egenskaber ved C/C-kompositmaterialer. Antioxidationsbehandling af C/C-kompositmaterialer Kulfiber begynder at oxidere ved 360°C i luften. Grafitfiber er lidt bedre end kulfiber, og dens oxidationstemperatur begynder at oxidere ved 420°C. Oxidationstemperaturen for C/C-kompositmaterialer er omkring 450°C. C/C-kompositmaterialer oxiderer meget let i en oxidativ atmosfære med høj temperatur, og oxidationshastigheden stiger hurtigt med temperaturstigningen. Hvis der ikke træffes antioxidationsforanstaltninger, vil langvarig brug af C/C-kompositmaterialer i et oxidativt miljø med høj temperatur uundgåeligt have katastrofale konsekvenser. Derfor er antioxidationsbehandlingen af ​​C/C-kompositmaterialer blevet en uundværlig del af deres fremstillingsprocessen. Fra et antioxidationsteknologisk perspektiv kan det opdeles i intern antioxidationsteknologi og antioxidationsbelægningsteknologi.

Kemisk dampfase

Kemisk dampaflejring (CVD eller CVI) er at aflejre kulstof direkte i emnets porer for at opnå formålet med at fylde porerne og øge densiteten. Det aflejrede kulstof er let at grafitisere og har god fysisk kompatibilitet med fiberen. Det vil ikke krympe under genkarbonisering som imprægneringsmetoden, og de fysiske og mekaniske egenskaber ved denne metode er bedre. Hvis kulstof aflejres på emnets overflade under CVD-processen, vil det dog forhindre gassen i at diffundere ind i de indre porer. Kulstoffet aflejret på overfladen bør fjernes mekanisk, og derefter bør en ny aflejringsrunde udføres. For tykke produkter har CVD-metoden også visse vanskeligheder, og metodens cyklus er også meget lang.