Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութերի պատրաստման գործընթաց

Ածխածնային-ածխածնային կոմպոզիտային նյութերի ակնարկ

Ածխածին/ածխածնային (C/C) կոմպոզիտային նյութածխածնային մանրաթելով ամրացված կոմպոզիտային նյութ է՝ մի շարք գերազանց հատկություններով, ինչպիսիք են բարձր ամրությունը և մոդուլը, լույսի տեսակարար կշիռը, փոքր ջերմային ընդարձակման գործակիցը, կոռոզիոն դիմադրությունը, ջերմային հարվածի դիմադրությունը, շփման լավ դիմադրությունը և լավ քիմիական կայունությունը: Այն գերբարձր ջերմաստիճանի կոմպոզիտային նյութի նոր տեսակ է:

C/C կոմպոզիտային նյութգերազանց ջերմային կառուցվածք-ֆունկցիոնալ ինտեգրված ինժեներական նյութ է: Ինչպես մյուս բարձր արդյունավետությամբ կոմպոզիտային նյութերը, այն կոմպոզիտային կառուցվածք է, որը կազմված է մանրաթելային ամրացված փուլից և հիմնային փուլից: Տարբերությունն այն է, որ և՛ ամրացված փուլը, և՛ հիմնային փուլը կազմված են մաքուր ածխածնից՝ հատուկ հատկություններով:

Ածխածնային/ածխածնային կոմպոզիտային նյութերհիմնականում պատրաստված են ածխածնային թաղիքից, ածխածնային կտորից, ածխածնային մանրաթելից որպես ամրացում և գոլորշու նստվածք ստացած ածխածնից որպես մատրից, բայց այն ունի միայն մեկ տարր՝ ածխածինը։ Խտությունը մեծացնելու համար ածխածնի միջոցով առաջացած ածխածինը ներծծվում է ածխածնով կամ ներծծվում է խեժով (կամ ասֆալտով), այսինքն՝ ածխածին/ածխածնային կոմպոզիտային նյութերը պատրաստված են երեք ածխածնային նյութերից։

Ածխածնային-ածխածնային կոմպոզիտային նյութերի արտադրության գործընթաց

1) Ածխածնային մանրաթելի ընտրություն

Ածխածնային մանրաթելային կապոցների ընտրությունը և մանրաթելային գործվածքների կառուցվածքային դիզայնը արտադրության հիմքն են։C/C կոմպոզիտC/C կոմպոզիտների մեխանիկական և ջերմաֆիզիկական հատկությունները կարող են որոշվել մանրաթելերի տեսակների և գործվածքի հյուսվածքի պարամետրերի ռացիոնալ ընտրությամբ, ինչպիսիք են թելերի խուրձերի դասավորության կողմնորոշումը, թելերի խուրձերի միջև հեռավորությունը, թելերի խուրձերի ծավալային պարունակությունը և այլն:

2) Ածխածնային մանրաթելային նախաձևի պատրաստում

Ածխածնային մանրաթելային նախաձևը վերաբերում է նախաթելին, որը ձևավորվում է մանրաթելի անհրաժեշտ կառուցվածքային ձևին՝ համաձայն արտադրանքի ձևի և կատարողականի պահանջների՝ խտացման գործընթացն իրականացնելու համար: Նախապես ձևավորված կառուցվածքային մասերի համար կան մշակման երեք հիմնական մեթոդներ՝ փափուկ հյուսվածք, կարծր հյուսվածք և փափուկ ու կարծր խառը հյուսվածք: Հիմնական հյուսվածքային գործընթացներն են՝ չոր թելի հյուսվածք, նախապես ներծծված ձողերի խմբի դասավորություն, նուրբ հյուսվածքի ծակում, մանրաթելի փաթաթում և եռաչափ բազմակողմանի ընդհանուր հյուսվածք: Ներկայումս C կոմպոզիտային նյութերում օգտագործվող հիմնական հյուսվածքային գործընթացը եռաչափ ընդհանուր բազմակողմանի հյուսվածքն է: Հյուսման գործընթացի ընթացքում բոլոր հյուսված մանրաթելերը դասավորված են որոշակի ուղղությամբ: Յուրաքանչյուր մանրաթել տեղաշարժվում է որոշակի անկյան տակ իր ուղղությամբ և միահյուսվում միմյանց հետ՝ ձևավորելով գործվածք: Դրա առանձնահատկությունն այն է, որ այն կարող է ձևավորել եռաչափ բազմակողմանի ընդհանուր գործվածք, որը կարող է արդյունավետորեն վերահսկել մանրաթելերի ծավալային պարունակությունը C/C կոմպոզիտային նյութի յուրաքանչյուր ուղղությամբ, որպեսզի C/C կոմպոզիտային նյութը կարողանա ցուցաբերել բավարար մեխանիկական հատկություններ բոլոր ուղղություններով:

3) C/C խտացման գործընթաց

Խտացման աստիճանը և արդյունավետությունը հիմնականում կախված են գործվածքի կառուցվածքից և հիմնական նյութի գործընթացային պարամետրերից: Ներկայումս օգտագործվող գործընթացային մեթոդներն են՝ ներծծման ածխածնացում, քիմիական գոլորշու նստեցում (CVD), քիմիական գոլորշու ներթափանցում (CVI), քիմիական հեղուկի նստեցում, պիրոլիզ և այլ մեթոդներ: Կան գործընթացային մեթոդների երկու հիմնական տեսակ՝ ներծծման ածխածնացման գործընթաց և քիմիական գոլորշու ներթափանցման գործընթաց:

Հեղուկ փուլի իմպրեգացիա-կարբոնացում

Հեղուկ փուլի ներծծման մեթոդը համեմատաբար պարզ է սարքավորումներով և ունի լայն կիրառություն, ուստի հեղուկ փուլի ներծծման մեթոդը կարևոր մեթոդ է C/C կոմպոզիտային նյութեր պատրաստելու համար: Այն կայանում է ածխածնային մանրաթելից պատրաստված նախաձևը հեղուկ ներծծողի մեջ ընկղմելու և ներծծող նյութը ճնշման միջոցով նախաձևի խոռոչների մեջ լիովին ներթափանցելու մեջ ստիպելու մեջ, ապա մի շարք գործընթացների միջոցով, ինչպիսիք են կարծրացումը, ածխացումը և գրաֆիտացումը, վերջնականապես ստանալը:C/C կոմպոզիտային նյութերԴրա թերությունն այն է, որ խտության պահանջները բավարարելու համար անհրաժեշտ են բազմակի ներծծման և ածխացման ցիկլեր: Հեղուկ փուլային ներծծման մեթոդում ներծծող նյութի կազմը և կառուցվածքը շատ կարևոր են: Դա ոչ միայն ազդում է խտացման արդյունավետության, այլև արտադրանքի մեխանիկական և ֆիզիկական հատկությունների վրա: Ներծծող նյութի ածխացման արդյունավետության բարելավումը և ներծծող նյութի մածուցիկության նվազեցումը միշտ եղել են C/C կոմպոզիտային նյութերի հեղուկ փուլային ներծծման մեթոդով պատրաստման ժամանակ լուծվող հիմնական խնդիրներից մեկը: Ներծծող նյութի բարձր մածուցիկությունը և ցածր ածխացման արդյունավետությունը C/C կոմպոզիտային նյութերի բարձր գնի կարևոր պատճառներից մեկն են: Ներծծող նյութի աշխատանքի բարելավումը կարող է ոչ միայն բարելավել C/C կոմպոզիտային նյութերի արտադրության արդյունավետությունը և նվազեցնել դրանց արժեքը, այլև բարելավել C/C կոմպոզիտային նյութերի տարբեր հատկությունները: C/C կոմպոզիտային նյութերի հակաօքսիդացնող մշակում. Ածխածնային մանրաթելը սկսում է օքսիդանալ օդում 360°C-ում: Գրաֆիտային մանրաթելը մի փոքր ավելի լավ է, քան ածխածնային մանրաթելը, և դրա օքսիդացման ջերմաստիճանը սկսում է օքսիդանալ 420°C-ում: C/C կոմպոզիտային նյութերի օքսիդացման ջերմաստիճանը մոտ 450°C է: C/C կոմպոզիտային նյութերը շատ հեշտ են օքսիդանում բարձր ջերմաստիճանի օքսիդացնող մթնոլորտում, և օքսիդացման արագությունը արագորեն աճում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ: Եթե հակաօքսիդացնող միջոցառումներ չկան, C/C կոմպոզիտային նյութերի երկարատև օգտագործումը բարձր ջերմաստիճանի օքսիդացնող միջավայրում անխուսափելիորեն կհանգեցնի աղետալի հետևանքների: Հետևաբար, C/C կոմպոզիտային նյութերի հակաօքսիդացնող մշակումը դարձել է դրանց պատրաստման գործընթացի անփոխարինելի մասը: Հակաօքսիդացնող տեխնոլոգիայի տեսանկյունից այն կարելի է բաժանել ներքին հակաօքսիդացնող տեխնոլոգիայի և հակաօքսիդացնող ծածկույթների տեխնոլոգիայի:

Քիմիական գոլորշու փուլ

Քիմիական գոլորշու նստեցումը (CVD կամ CVI) նշանակում է ածխածինը ուղղակիորեն նստեցնել նախշանյութի ծակոտիների մեջ՝ ծակոտիները լցնելու և խտությունը մեծացնելու նպատակով: Նստեցված ածխածինը հեշտությամբ գրաֆիտացվում է և ունի լավ ֆիզիկական համատեղելիություն մանրաթելի հետ: Այն չի կծկվի վերաածխածնացման ընթացքում, ինչպես ներծծման մեթոդի դեպքում, և այս մեթոդի ֆիզիկա-մեխանիկական հատկություններն ավելի լավն են: Այնուամենայնիվ, CVD գործընթացի ընթացքում, եթե նախշանյութի մակերեսին նստեցվի ածխածին, դա կխանգարի գազի տարածմանը ներքին ծակոտիների մեջ: Մակերեսին նստեցված ածխածինը պետք է մեխանիկորեն հեռացվի, ապա պետք է իրականացվի նստեցման նոր փուլ: Հաստ արտադրանքի համար CVD մեթոդը նույնպես որոշակի դժվարություններ ունի, և այս մեթոդի ցիկլը նույնպես շատ երկար է: