Lämpökentän pääasialliset materiaalit: C/C-komposiittimateriaalit

Hiili-hiili-komposiititovat hiilikuitukomposiittien tyyppi, jossa hiilikuitu on lujitemateriaali ja kerrostettu hiili matriisimateriaalina. MatriisiC/C-komposiitit ovat hiiltäKoska se koostuu lähes kokonaan alkuainehiilestä, sillä on erinomainen lämmönkestävyys ja se perii hiilikuidun vahvat mekaaniset ominaisuudet. Sitä on teollistettu puolustusalalla aiemmin.

Sovellusalueet:

C/C-komposiittimateriaalitsijaitsevat teollisuusketjun keskellä, ja ylävirtaan kuuluvat hiilikuitu- ja esimuottien valmistus, ja alavirran sovellusalueet ovat suhteellisen laajat.C/C-komposiittimateriaalitkäytetään pääasiassa lämmönkestävien materiaalien, kitkamateriaalien ja korkean mekaanisen suorituskyvyn materiaalien muodossa. Niitä käytetään ilmailu- ja avaruusteollisuudessa (rakettien suuttimien kurkkuvuoraukset, lämpösuojausmateriaalit ja moottorien lämpörakenteiden osat), jarrumateriaaleissa (suurnopeusjunat, lentokoneiden jarrulevyt), aurinkosähköisissä lämpökentissä (eristysputket, upokkaat, ohjausputket ja muut komponentit), biologisissa kappaleissa (keinotekoiset luut) ja muilla aloilla. Tällä hetkellä kotimaisetC/C-komposiittimateriaalityritykset keskittyvät pääasiassa komposiittimateriaalien yksittäisiin lenkkeihin ja ulottuvat myös alkutuotannon alkupään suuntaan.

C/C-komposiittimateriaaleilla on erinomaiset kokonaisvaltaiset ominaisuudet, kuten alhainen tiheys, korkea ominaislujuus, korkea ominaismoduuli, korkea lämmönjohtavuus, alhainen lämpölaajenemiskerroin, hyvä murtumissitkeys, kulutuskestävyys, ablaatiokestävyys jne. Erityisesti, toisin kuin muut materiaalit, C/C-komposiittimateriaalien lujuus ei heikkene, vaan voi kasvaa lämpötilan noustessa. Se on erinomainen lämmönkestävä materiaali, ja siksi sitä on ensimmäisen kerran teollistettu rakettien kurkkuvuorauksissa.

C/C-komposiittimateriaalilla on hiilikuidun erinomaiset mekaaniset ominaisuudet ja prosessointiominaisuudet, ja sillä on grafiitin lämmönkestävyys ja korroosionkestävyys, ja siitä on tullut grafiittituotteiden vahva kilpailija. Erityisesti sovellusalueilla, joilla on korkeat lujuusvaatimukset – kuten aurinkosähkössä ja lämpöenergian alalla – C/C-komposiittimateriaalien kustannustehokkuus ja turvallisuus ovat yhä tärkeämpiä suurten piikiekkojen valmistuksessa, ja niille on muodostunut kova kysyntä. Päinvastoin, grafiitista on tullut C/C-komposiittimateriaalien täydennys tarjonnan rajallisen tuotantokapasiteetin vuoksi.

Aurinkosähkön lämpökentän sovellus:

Lämpökenttä on koko järjestelmä, jolla ylläpidetään monokiteisen piin kasvua tai polykiteisten piiden harkkojen tuotantoa tietyssä lämpötilassa. Sillä on keskeinen rooli monokiteisen piin ja polykiteisen piin puhtaudessa, tasalaatuisuudessa ja muissa ominaisuuksissa, ja se kuuluu kiteisen piin valmistusteollisuuden eturiviin. Lämpökenttä voidaan jakaa monokiteisen piin yksittäiskiteisen vetouunin lämpökenttäjärjestelmään ja polykiteisen harkkouunin lämpökenttäjärjestelmään tuotetyypin mukaan. Koska monokiteisten piikennojen konversiotehokkuus on korkeampi kuin polykiteisten piikennojen, monokiteisten piikiekkojen markkinaosuus jatkaa kasvuaan, kun taas polykiteisten piikiekkojen markkinaosuus maassani on laskenut vuosi vuodelta 32,5 prosentista vuonna 2019 9,3 prosenttiin vuonna 2020. Siksi lämpökenttien valmistajat käyttävät pääasiassa yksikiteisten vetouunien lämpökenttäteknologiaa.

Kuva 2: Lämpökenttä kiteisen piin valmistusketjussa

Lämpökenttä koostuu yli kymmenestä komponentista, ja neljä ydinkomponenttia ovat upokas, ohjausputki, eristyssylinteri ja lämmitin. Eri komponenteilla on erilaiset materiaaliominaisuuksiin liittyvät vaatimukset. Alla oleva kuva on kaaviokuva yksikiteisen piin lämpökentästä. Upokas, ohjausputki ja eristyssylinteri ovat lämpökenttäjärjestelmän rakenneosia. Niiden ydintoiminto on tukea koko korkean lämpötilan lämpökenttää, ja niillä on korkeat vaatimukset tiheyden, lujuuden ja lämmönjohtavuuden suhteen. Lämmitin on suora lämmityselementti lämpökentässä. Sen tehtävänä on tuottaa lämpöenergiaa. Se on yleensä resistiivinen, joten sillä on korkeammat vaatimukset materiaalin resistiivisyydelle.