Hiilikuitukomposiittimateriaalien valmistusprosessi

Yleiskatsaus hiili-hiili-komposiittimateriaaleista

Hiili/hiili (C/C) -komposiittimateriaalion hiilikuituvahvisteinen komposiittimateriaali, jolla on useita erinomaisia ​​ominaisuuksia, kuten korkea lujuus ja kimmokerroin, kevyt ominaispaino, pieni lämpölaajenemiskerroin, korroosionkestävyys, lämpöshokin kestävyys, hyvä kitkankestävyys ja hyvä kemiallinen stabiilius. Se on uudentyyppinen erittäin korkean lämpötilan komposiittimateriaali.

C/C-komposiittimateriaalion erinomainen lämpörakenteiden ja toiminnallisten integroitujen teknisten materiaalien yhdistelmä. Kuten muutkin korkean suorituskyvyn komposiittimateriaalit, se on komposiittirakenne, joka koostuu kuituvahvisteisesta faasista ja perusfaasista. Ero on siinä, että sekä vahvistettu faasi että perusfaasi koostuvat puhtaasta hiilestä, jolla on erityisominaisuuksia.

Hiili/hiili-komposiittimateriaalitNe on valmistettu pääasiassa hiilihuovasta, hiilikankaasta, hiilikuidusta lujitteena ja höyrystettystä hiilestä matriisina, mutta niissä on vain yksi alkuaine, hiili. Tiheyden lisäämiseksi hiilestyksellä syntyvä hiili kyllästetään hiilellä tai kyllästetään hartsilla (tai asfaltilla), eli hiili/hiili-komposiittimateriaalit on valmistettu kolmesta hiilimateriaalista.

Hiili-hiili-komposiittimateriaalien valmistusprosessi

1) Hiilikuidun valinta

Hiilikuitupakettien valinta ja kuitukankaiden rakennesuunnittelu ovat valmistuksen perustaC/C-komposiittiC/C-komposiittien mekaaniset ja termofysikaaliset ominaisuudet voidaan määrittää valitsemalla rationaalisesti kuitutyypit ja kankaan kudontaparametrit, kuten lankakimppujen järjestelyn suunta, lankakimppujen välinen etäisyys, lankakimppujen tilavuuspitoisuus jne.

2) Hiilikuituaihion valmistus

Hiilikuituaihio viittaa aihioon, joka muotoillaan kuidun vaadittuun rakenteelliseen muotoon tuotteen muodon ja suorituskykyvaatimusten mukaisesti tiivistysprosessin suorittamiseksi. Esivalmistettujen rakenneosien kolme pääasiallista käsittelymenetelmää ovat pehmeä kudonta, kova kudonta ja pehmeä ja kova sekakudonta. Tärkeimmät kudontaprosessit ovat: kuiva langan kudonta, esikyllästettyjen sauvojen ryhmäjärjestely, hienokudonta, kuitujen kelaus ja kolmiulotteinen monisuuntainen kokonaiskudonta. Tällä hetkellä C-komposiittimateriaaleissa käytetty pääasiallinen kudontaprosessi on kolmiulotteinen monisuuntainen kokonaiskudonta. Kudontaprosessin aikana kaikki kudotut kuidut järjestetään tiettyyn suuntaan. Jokainen kuitu on siirretty tietyssä kulmassa omaan suuntaansa ja kudottu toisiinsa muodostaen kankaan. Sen ominaispiirteenä on, että se voi muodostaa kolmiulotteisen monisuuntaisen kokonaiskudoksen, joka voi tehokkaasti hallita kuitujen tilavuuspitoisuutta C/C-komposiittimateriaalin kumpaankin suuntaan, jotta C/C-komposiittimateriaali voi saavuttaa kohtuulliset mekaaniset ominaisuudet kaikkiin suuntiin.

3) C/C-tiivistysprosessi

Tiivistymisen asteeseen ja tehokkuuteen vaikuttavat pääasiassa kankaan rakenne ja perusmateriaalin prosessiparametrit. Nykyisin käytettyjä prosessimenetelmiä ovat mm. kyllästyshiiletys, kemiallinen höyrypinnoitus (CVD), kemiallinen höyryinfiltraatio (CVI), kemiallinen nestepinnoitus, pyrolyysi ja muut menetelmät. Prosessimenetelmiä on kahta päätyyppiä: kyllästyshiiletysprosessi ja kemiallinen höyryinfiltraatioprosessi.

Nestemäinen kyllästys-hiilestys

Nestemäinen kyllästysmenetelmä on laitteistoltaan suhteellisen yksinkertainen ja sillä on laaja sovellettavuus, joten nestemäinen kyllästysmenetelmä on tärkeä menetelmä hiilikuitukomposiittimateriaalien valmistuksessa. Siinä hiilikuidusta valmistettu aihio upotetaan nestemäiseen kyllästysaineeseen, minkä jälkeen kyllästysaine tunkeutuu täydellisesti aihion onteloihin paineistamalla ja sitten useiden prosessien, kuten kovetuksen, hiilestämisen ja grafitisoinnin, avulla saadaan lopulta aikaan...C/C-komposiittimateriaalitSen haittapuolena on, että tiheysvaatimusten saavuttamiseksi tarvitaan toistuvia kyllästys- ja hiilestymissyklejä. Nestemäisessä kyllästysmenetelmässä kyllästysaineen koostumus ja rakenne ovat erittäin tärkeitä. Ne vaikuttavat paitsi tiivistystehokkuuteen, myös tuotteen mekaanisiin ja fysikaalisiin ominaisuuksiin. Kyllästysaineen hiilestymistuoton parantaminen ja kyllästysaineen viskositeetin vähentäminen ovat aina olleet yksi keskeisistä ratkaistavista kysymyksistä hiili-hiilikomposiittimateriaalien valmistuksessa nestemäisessä kyllästysmenetelmässä. Kyllästysaineen korkea viskositeetti ja alhainen hiilestymistuotto ovat yksi tärkeimmistä syistä hiili-hiilikomposiittimateriaalien korkeisiin kustannuksiin. Kyllästysaineen suorituskyvyn parantaminen voi paitsi parantaa hiili-hiilikomposiittimateriaalien tuotantotehokkuutta ja alentaa niiden kustannuksia, myös parantaa hiili-hiilikomposiittimateriaalien erilaisia ​​ominaisuuksia. Hiili-hiilikomposiittimateriaalien hapettumisenestokäsittely Hiilikuitu alkaa hapettua ilmassa 360 °C:ssa. Grafiittikuitu on hieman parempi kuin hiilikuitu, ja sen hapettumislämpötila alkaa hapettua 420 °C:ssa. Hiili-hiilikomposiittimateriaalien hapettumislämpötila on noin 450 °C. Hiilihydraattikomposiittimateriaalit hapettuvat erittäin helposti korkean lämpötilan oksidatiivisessa ilmakehässä, ja hapettumisnopeus kasvaa nopeasti lämpötilan noustessa. Ilman hapettumisenestotoimenpiteitä hiilihydraattikomposiittimateriaalien pitkäaikainen käyttö korkean lämpötilan oksidatiivisessa ympäristössä aiheuttaa väistämättä katastrofaalisia seurauksia. Siksi hiilihydraattikomposiittimateriaalien hapettumisenestokäsittelystä on tullut välttämätön osa niiden valmistusprosessia. Hapettumisenestoteknologian näkökulmasta se voidaan jakaa sisäiseen hapettumisenestoteknologiaan ja hapettumisenestopinnoitusteknologiaan.

Kemiallinen höyryfaasi

Kemiallisessa höyrypinnoituksessa (CVD tai CVI) hiiltä kerrostetaan suoraan aihion huokosiin, jolloin saavutetaan niiden täyttö ja tiheyden lisääminen. Kerrostunut hiili on helppo grafitoida ja sillä on hyvä fysikaalinen yhteensopivuus kuidun kanssa. Se ei kutistu uudelleenhiilestymisen aikana kuten kyllästysmenetelmässä, ja menetelmän fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet ovat paremmat. CVD-prosessin aikana aihion pinnalle kerrostunut hiili estää kaasun diffuusion sisäisiin huokosiin. Pinnalle kerrostunut hiili on poistettava mekaanisesti ja suoritettava uusi kerrostuskierros. Paksujen tuotteiden kohdalla CVD-menetelmässä on myös tiettyjä vaikeuksia, ja menetelmän sykli on myös hyvin pitkä.