Proceso de preparación de materiais compostos de fibra de carbono

Visión xeral dos materiais compostos de carbono-carbono

Material composto de carbono/carbono (C/C)é un material composto reforzado con fibra de carbono cunha serie de propiedades excelentes, como alta resistencia e módulo, gravidade específica lixeira, pequeno coeficiente de expansión térmica, resistencia á corrosión, resistencia ao choque térmico, boa resistencia á fricción e boa estabilidade química. É un novo tipo de material composto para temperaturas ultra altas.

material composto C/Cé un excelente material de enxeñaría integrado con estrutura térmica e funcionalidade. Do mesmo xeito que outros materiais compostos de alto rendemento, é unha estrutura composta composta por unha fase reforzada con fibra e unha fase básica. A diferenza é que tanto a fase reforzada como a fase básica están compostas de carbono puro con propiedades especiais.

Materiais compostos de carbono/carbonoestán feitos principalmente de feltro de carbono, tea de carbono, fibra de carbono como reforzo e carbono depositado en vapor como matriz, pero só ten un elemento, que é o carbono. Para aumentar a densidade, o carbono xerado pola carbonización imprégnase con carbono ou imprégnase con resina (ou asfalto), é dicir, os materiais compostos carbono/carbono están feitos de tres materiais de carbono.

Proceso de fabricación de materiais compostos de carbono-carbono

1) Escolla de fibra de carbono

A selección de feixes de fibra de carbono e o deseño estrutural dos tecidos de fibra son a base para a fabricaciónComposto C/CAs propiedades mecánicas e termofísicas dos materiais compostos C/C pódense determinar seleccionando racionalmente os tipos de fibra e os parámetros de tecido, como a orientación da disposición dos feixes de fíos, o espazado dos feixes de fíos, o contido en volume dos feixes de fíos, etc.

2) Preparación da preforma de fibra de carbono

A preforma de fibra de carbono refírese a unha peza en bruto que se forma coa forma estrutural requirida da fibra segundo a forma do produto e os requisitos de rendemento para levar a cabo o proceso de densificación. Existen tres métodos principais de procesamento para as pezas estruturais preformadas: tecido suave, tecido duro e tecido mixto suave e duro. Os principais procesos de tecido son: tecido de fío seco, disposición de grupos de varas preimpregnadas, perforación de tecido fino, enrolamento de fibras e tecido global multidireccional tridimensional. Na actualidade, o principal proceso de tecido utilizado nos materiais compostos de carbono (C) é o tecido global multidireccional tridimensional. Durante o proceso de tecido, todas as fibras tecidas están dispostas nunha determinada dirección. Cada fibra está desprazada nun certo ángulo ao longo da súa propia dirección e entretecida entre si para formar un tecido. A súa característica é que pode formar un tecido global multidireccional tridimensional, que pode controlar eficazmente o contido en volume das fibras en cada dirección do material composto de carbono (C/C), de xeito que o material composto de carbono (C/C) poida exercer propiedades mecánicas razoables en todas as direccións.

3) Proceso de densificación C/C

O grao e a eficiencia da densificación vense afectados principalmente pola estrutura do tecido e os parámetros do proceso do material base. Os métodos de proceso empregados actualmente inclúen a carbonización por impregnación, a deposición química de vapor (CVD), a infiltración química de vapor (CVI), a deposición química de líquidos, a pirólise e outros métodos. Existen dous tipos principais de métodos de proceso: o proceso de carbonización por impregnación e o proceso de infiltración química de vapor.

Impregnación-carbonización en fase líquida

O método de impregnación en fase líquida é relativamente sinxelo en equipamento e ten unha ampla aplicabilidade, polo que o método de impregnación en fase líquida é un método importante para a preparación de materiais compostos C/C. Trátase de mergullar a preforma feita de fibra de carbono no impregnante líquido e facer que o impregnante penetre completamente nos ocos da preforma mediante presurización e, a continuación, mediante unha serie de procesos como o curado, a carbonización e a grafitización, obter finalmenteMateriais compostos C/CA súa desvantaxe é que require repetidos ciclos de impregnación e carbonización para alcanzar os requisitos de densidade. A composición e a estrutura do impregnante no método de impregnación en fase líquida son moi importantes. Non só afecta á eficiencia da densificación, senón que tamén afecta ás propiedades mecánicas e físicas do produto. Mellorar o rendemento de carbonización do impregnante e reducir a súa viscosidade sempre foron un dos problemas clave a resolver na preparación de materiais compostos de C/C mediante o método de impregnación en fase líquida. A alta viscosidade e o baixo rendemento de carbonización do impregnante son unha das razóns importantes do alto custo dos materiais compostos de C/C. Mellorar o rendemento do impregnante non só pode mellorar a eficiencia da produción de materiais compostos de C/C e reducir o seu custo, senón tamén mellorar as diversas propiedades dos materiais compostos de C/C. Tratamento antioxidante de materiais compostos de C/C A fibra de carbono comeza a oxidarse a 360 °C no aire. A fibra de grafito é lixeiramente mellor que a fibra de carbono e a súa temperatura de oxidación comeza a oxidarse a 420 °C. A temperatura de oxidación dos materiais compostos de C/C é duns 450 °C. Os materiais compostos de C/C son moi fáciles de oxidar nunha atmosfera oxidativa de alta temperatura e a taxa de oxidación aumenta rapidamente co aumento da temperatura. Se non hai medidas antioxidantes, o uso a longo prazo de materiais compostos de C/C nun ambiente oxidativo de alta temperatura causará inevitablemente consecuencias catastróficas. Polo tanto, o tratamento antioxidante dos materiais compostos de C/C converteuse nunha parte indispensable do seu proceso de preparación. Desde a perspectiva da tecnoloxía antioxidante, pódese dividir en tecnoloxía antioxidante interna e tecnoloxía de revestimento antioxidante.

Fase de vapor químico

A deposición química de vapor (CVD ou CVI) consiste en depositar carbono directamente nos poros da peza en bruto para conseguir o propósito de encher os poros e aumentar a densidade. O carbono depositado é doado de grafitizar e ten unha boa compatibilidade física coa fibra. Non se contraerá durante a recarbonización como o método de impregnación e as propiedades físicas e mecánicas deste método son mellores. Non obstante, durante o proceso CVD, se se deposita carbono na superficie da peza en bruto, evitarase que o gas se difunda nos poros internos. O carbono depositado na superficie debe eliminarse mecanicamente e despois debe realizarse unha nova rolda de deposición. Para produtos grosos, o método CVD tamén ten certas dificultades e o ciclo deste método tamén é moi longo.