ნახშირბადის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალების მომზადების პროცესი

ნახშირბად-ნახშირბადის კომპოზიტური მასალების მიმოხილვა

ნახშირბადის/ნახშირბადის (C/C) კომპოზიტური მასალაარის ნახშირბადის ბოჭკოთი გამაგრებული კომპოზიტური მასალა, რომელსაც აქვს შესანიშნავი თვისებების სერია, როგორიცაა მაღალი სიმტკიცე და მოდული, სინათლისადმი სპეციფიკური წონა, მცირე თერმული გაფართოების კოეფიციენტი, კოროზიისადმი მდგრადობა, თერმული დარტყმისადმი მდგრადობა, კარგი ხახუნისადმი მდგრადობა და კარგი ქიმიური სტაბილურობა. ეს არის ულტრამაღალი ტემპერატურის კომპოზიტური მასალის ახალი ტიპი.

C/C კომპოზიტური მასალაარის შესანიშნავი თერმული სტრუქტურულ-ფუნქციური ინტეგრირებული საინჟინრო მასალა. სხვა მაღალი ხარისხის კომპოზიტური მასალების მსგავსად, ეს არის კომპოზიტური სტრუქტურა, რომელიც შედგება ბოჭკოვანი გამაგრებული ფაზისა და ფუძე ფაზისგან. განსხვავება ისაა, რომ როგორც გამაგრებული ფაზა, ასევე ფუძე ფაზა შედგება სუფთა ნახშირბადისგან, რომელსაც აქვს განსაკუთრებული თვისებები.

ნახშირბადის/ნახშირბადის კომპოზიტური მასალებიძირითადად დამზადებულია ნახშირბადის თექის, ნახშირბადის ქსოვილის, ნახშირბადის ბოჭკოსგან, როგორც გამაგრების, და ორთქლით დალექილი ნახშირბადისგან, როგორც მატრიცის, თუმცა მას მხოლოდ ერთი ელემენტი აქვს, ეს არის ნახშირბადი. სიმკვრივის გასაზრდელად, კარბონიზაციით წარმოქმნილი ნახშირბადი გაჟღენთილია ნახშირბადით ან გაჟღენთილია ფისით (ან ასფალტით), ანუ ნახშირბადი/ნახშირბადის კომპოზიტური მასალები მზადდება სამი ნახშირბადის მასალისგან.

ნახშირბად-ნახშირბადის კომპოზიტური მასალების წარმოების პროცესი

1) ნახშირბადის ბოჭკოს არჩევანი

ნახშირბადის ბოჭკოვანი შეკვრების შერჩევა და ბოჭკოვანი ქსოვილების სტრუქტურული დიზაინი წარმოების საფუძველია.C/C კომპოზიტიC/C კომპოზიტების მექანიკური და თერმოფიზიკური თვისებების დადგენა შესაძლებელია ბოჭკოების ტიპებისა და ქსოვილის ქსოვის პარამეტრების რაციონალური შერჩევით, როგორიცაა ძაფის შეკვრის განლაგების ორიენტაცია, ძაფის შეკვრას შორის მანძილი, ძაფის შეკვრის მოცულობითი შემცველობა და ა.შ.

2) ნახშირბადის ბოჭკოვანი პრეფორმის მომზადება

ნახშირბადის ბოჭკოვანი პრეფორმა გულისხმობს ბლანკს, რომელიც ყალიბდება ბოჭკოს საჭირო სტრუქტურულ ფორმაში პროდუქტის ფორმისა და შესრულების მოთხოვნების შესაბამისად, გამკვრივების პროცესის განსახორციელებლად. წინასწარ ფორმირებული სტრუქტურული ნაწილების დამუშავების სამი ძირითადი მეთოდი არსებობს: რბილი ქსოვა, მაგარი ქსოვა და რბილი და მაგარი შერეული ქსოვა. ქსოვის ძირითადი პროცესებია: მშრალი ძაფის ქსოვა, წინასწარ გაჟღენთილი ღეროების ჯგუფის განლაგება, წვრილი ქსოვის ჩხვლეტა, ბოჭკოების დახვევა და სამგანზომილებიანი მრავალმხრივი ქსოვა. ამჟამად, C კომპოზიტურ მასალებში გამოყენებული ძირითადი ქსოვის პროცესი არის სამგანზომილებიანი მრავალმხრივი ქსოვა. ქსოვის პროცესის დროს ყველა ნაქსოვი ბოჭკო განლაგებულია გარკვეული მიმართულებით. თითოეული ბოჭკო გადახრილია გარკვეული კუთხით საკუთარი მიმართულებით და ერთმანეთშია გადახლართული ქსოვილის შესაქმნელად. მისი დამახასიათებელი ნიშანია ის, რომ მას შეუძლია შექმნას სამგანზომილებიანი მრავალმხრივი ქსოვილი, რომელსაც შეუძლია ეფექტურად აკონტროლოს ბოჭკოების მოცულობითი შემცველობა C/C კომპოზიტური მასალის თითოეული მიმართულებით, ისე, რომ C/C კომპოზიტურ მასალას შეეძლოს გონივრული მექანიკური თვისებების გამოვლენა ყველა მიმართულებით.

3) C/C დენსიფიკაციის პროცესი

გამკვრივების ხარისხსა და ეფექტურობაზე ძირითადად გავლენას ახდენს ქსოვილის სტრუქტურა და ძირითადი მასალის პროცესის პარამეტრები. ამჟამად გამოყენებული პროცესის მეთოდები მოიცავს გაჟღენთვით კარბონიზაციას, ქიმიურ ორთქლის დეპონირებას (CVD), ქიმიურ ორთქლის ინფილტრაციას (CVI), ქიმიურ სითხის დეპონირებას, პიროლიზს და სხვა მეთოდებს. არსებობს პროცესის ორი ძირითადი ტიპი: გაჟღენთვით კარბონიზაციის პროცესი და ქიმიური ორთქლის ინფილტრაციის პროცესი.

თხევადი ფაზის გაჟღენთვა-კარბონიზაცია

თხევადი ფაზის გაჟღენთვის მეთოდი შედარებით მარტივია აღჭურვილობით და ფართო გამოყენებადობით, ამიტომ თხევადი ფაზის გაჟღენთვის მეთოდი მნიშვნელოვანი მეთოდია C/C კომპოზიტური მასალების დასამზადებლად. იგი გულისხმობს ნახშირბადის ბოჭკოსგან დამზადებული პრეფორმის ჩაძირვას თხევად გაჟღენთილში და გაჟღენთილის სრულად შეღწევას პრეფორმის სიცარიელეებში წნევით, შემდეგ კი ისეთი პროცესების სერიის მეშვეობით, როგორიცაა გამკვრივება, კარბონიზაცია და გრაფიტიზაცია, საბოლოოდ მიიღება...C/C კომპოზიტური მასალებიმისი ნაკლი ის არის, რომ სიმკვრივის მოთხოვნების მისაღწევად საჭიროა განმეორებითი გაჟღენთვისა და კარბონიზაციის ციკლები. თხევადი ფაზის გაჟღენთვის მეთოდში გაჟღენთილი ნივთიერების შემადგენლობა და სტრუქტურა ძალიან მნიშვნელოვანია. ეს არა მხოლოდ გავლენას ახდენს გამკვრივების ეფექტურობაზე, არამედ პროდუქტის მექანიკურ და ფიზიკურ თვისებებზეც. გაჟღენთილი ნივთიერების კარბონიზაციის გამოსავლიანობის გაუმჯობესება და გაჟღენთილი ნივთიერების სიბლანტის შემცირება ყოველთვის იყო ერთ-ერთი მთავარი საკითხი, რომელიც უნდა გადაჭრილიყო C/C კომპოზიტური მასალების თხევადი ფაზის გაჟღენთვის მეთოდით მომზადებისას. გაჟღენთილი ნივთიერების მაღალი სიბლანტე და დაბალი კარბონიზაციის გამოსავლიანობა C/C კომპოზიტური მასალების მაღალი ღირებულების ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მიზეზია. გაჟღენთილი ნივთიერების მუშაობის გაუმჯობესება არა მხოლოდ აუმჯობესებს C/C კომპოზიტური მასალების წარმოების ეფექტურობას და ამცირებს მათ ღირებულებას, არამედ აუმჯობესებს C/C კომპოზიტური მასალების სხვადასხვა თვისებებს. C/C კომპოზიტური მასალების ანტიოქსიდანტური დამუშავება: ნახშირბადის ბოჭკო იწყებს დაჟანგვას ჰაერში 360°C-ზე. გრაფიტის ბოჭკო ოდნავ უკეთესია, ვიდრე ნახშირბადის ბოჭკო და მისი დაჟანგვის ტემპერატურა იწყებს დაჟანგვას 420°C-ზე. C/C კომპოზიტური მასალების დაჟანგვის ტემპერატურა დაახლოებით 450°C-ია. C/C კომპოზიტური მასალები ძალიან ადვილად იჟანგება მაღალი ტემპერატურის ჟანგვით ატმოსფეროში და დაჟანგვის სიჩქარე სწრაფად იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. თუ არ იქნება მიღებული ანტიოქსიდანტური ზომები, C/C კომპოზიტური მასალების ხანგრძლივი გამოყენება მაღალი ტემპერატურის ჟანგვით გარემოში გარდაუვლად გამოიწვევს კატასტროფულ შედეგებს. ამიტომ, C/C კომპოზიტური მასალების ანტიოქსიდანტური დამუშავება მისი მომზადების პროცესის განუყოფელი ნაწილი გახდა. ანტიოქსიდანტური ტექნოლოგიის პერსპექტივიდან, ის შეიძლება დაიყოს შიდა ანტიოქსიდანტურ ტექნოლოგიად და ანტიოქსიდანტური საფარის ტექნოლოგიად.

ქიმიური ორთქლის ფაზა

ქიმიური ორთქლის დეპონირება (CVD ან CVI) გულისხმობს ნახშირბადის პირდაპირ ცარიელი მასალის ფორებში დალექვას, რათა მიღწეულ იქნას ფორების შევსება და სიმკვრივის გაზრდა. დალექილი ნახშირბადი ადვილად გრაფიტირდება და ბოჭკოსთან კარგი ფიზიკური თავსებადობა აქვს. გაჟღენთვის მეთოდისგან განსხვავებით, ის არ შეიკუმშება ხელახალი კარბონიზაციის დროს და ამ მეთოდის ფიზიკურ-მექანიკური თვისებები უკეთესია. თუმცა, CVD პროცესის დროს, თუ ნახშირბადი დაილექება ცარიელი მასალის ზედაპირზე, ეს ხელს შეუშლის აირის დიფუზიას შიდა ფორებში. ზედაპირზე დალექილი ნახშირბადი მექანიკურად უნდა მოიხსნას და შემდეგ უნდა ჩატარდეს დეპონირების ახალი რაუნდი. სქელი პროდუქტებისთვის, CVD მეთოდს ასევე აქვს გარკვეული სირთულეები და ამ მეთოდის ციკლიც ძალიან გრძელია.