Көміртекті талшықтан жасалған композиттік материалдарды дайындау процесі

Көміртекті-көміртекті композиттік материалдарға шолу

Көміртек/көміртек (C/C) композиттік материалыжоғары беріктік пен модуль, жеңіл меншікті ауырлық күші, төмен жылу кеңею коэффициенті, коррозияға төзімділік, жылу соққысына төзімділік, жақсы үйкеліске төзімділік және жақсы химиялық тұрақтылық сияқты бірқатар тамаша қасиеттерге ие көміртекті талшықпен күшейтілген композиттік материал. Бұл ультра жоғары температуралы композиттік материалдың жаңа түрі.

C/C композиттік материалытамаша жылу құрылымы мен функционалды интеграцияланған инженерлік материал болып табылады. Басқа жоғары өнімді композиттік материалдар сияқты, ол талшықпен күшейтілген фазадан және негізгі фазадан тұратын композиттік құрылым. Айырмашылығы - күшейтілген фаза да, негізгі фаза да ерекше қасиеттері бар таза көміртектен тұрады.

Көміртек/көміртекті композиттік материалдарнегізінен көміртегі киізінен, көміртекті матадан, арматура ретінде көміртегі талшығынан және матрица ретінде бумен тұндырылған көміртектен жасалған, бірақ оның тек бір элементі бар, ол - көміртек. Тығыздықты арттыру үшін көміртектену нәтижесінде пайда болған көміртек көміртекпен немесе шайырмен (немесе асфальтпен) сіңдірілген, яғни көміртек/көміртекті композиттік материалдар үш көміртекті материалдан жасалған.

Көміртекті-көміртекті композиттік материалдарды өндіру процесі

1) Көміртекті талшықтарды таңдау

Көміртекті талшық шоғырларын таңдау және талшықты маталардың құрылымдық дизайны өндірістің негізі болып табыладыC/C композиттікC/C композиттерінің механикалық қасиеттері мен термофизикалық қасиеттерін талшық түрлерін және мата тоқу параметрлерін, мысалы, жіп бумасының орналасу бағытын, жіп бумасының арақашықтығын, жіп бумасының көлемдік құрамын және т.б. рационалды таңдау арқылы анықтауға болады.

2) Көміртекті талшықтан жасалған дайындаманы дайындау

Көміртекті талшықтың алдын ала пішіні тығыздау процесін жүзеге асыру үшін өнімнің пішіні мен өнімділік талаптарына сәйкес талшықтың қажетті құрылымдық пішініне қалыптастырылған дайындаманы білдіреді. Алдын ала пішінделген құрылымдық бөлшектерді өңдеудің үш негізгі әдісі бар: жұмсақ тоқу, қатты тоқу және жұмсақ және қатты аралас тоқу. Негізгі тоқу процестері: құрғақ жіп тоқу, алдын ала сіңірілген шыбық тобын орналастыру, ұсақ тоқу тесу, талшықты орау және үш өлшемді көп бағытты жалпы тоқу. Қазіргі уақытта C композиттік материалдарында қолданылатын негізгі тоқу процесі - үш өлшемді жалпы көп бағытты тоқу. Тоқу процесінде барлық тоқылған талшықтар белгілі бір бағытта орналасады. Әрбір талшық өз бағыты бойынша белгілі бір бұрышта ығысады және мата қалыптастыру үшін бір-бірімен өріледі. Оның ерекшелігі - ол үш өлшемді көп бағытты жалпы матаны құра алады, бұл C/C композиттік материалының әр бағытындағы талшықтардың көлемдік құрамын тиімді басқара алады, осылайша C/C композиттік материалы барлық бағытта тиісті механикалық қасиеттерді көрсете алады.

3) C/C тығыздау процесі

Тығыздалу дәрежесі мен тиімділігі негізінен мата құрылымына және негізгі материалдың технологиялық параметрлеріне әсер етеді. Қазіргі уақытта қолданылатын технологиялық әдістерге импрегнациялық көміртендіру, химиялық бу тұндыру (ХБТ), химиялық бу инфильтрациясы (ХБТ), химиялық сұйықтық тұндыру, пиролиз және басқа да әдістер жатады. Процесс әдістерінің екі негізгі түрі бар: импрегнациялық көміртендіру процесі және химиялық бу инфильтрация процесі.

Сұйық фазалы импрегнация-көміртектену

Сұйық фазалы сіңдіру әдісі жабдықта салыстырмалы түрде қарапайым және кең қолданысқа ие, сондықтан сұйық фазалы сіңдіру әдісі C/C композиттік материалдарын дайындаудың маңызды әдісі болып табылады. Ол көміртекті талшықтан жасалған дайындаманы сұйық сіңдіруге батыру және сіңдіруді дайындама қуыстарына қысым арқылы толық енуін қамтамасыз ету, содан кейін қатайту, көміртектеу және графиттеу сияқты бірқатар процестер арқылы ақырында алу болып табыладыC/C композиттік материалдарыОның кемшілігі - тығыздық талаптарына жету үшін бірнеше рет сіңдіру және көміртектену циклдарын қажет етеді. Сұйық фазалы сіңдіру әдісіндегі сіңдірудің құрамы мен құрылымы өте маңызды. Бұл тек тығыздау тиімділігіне ғана емес, сонымен қатар өнімнің механикалық және физикалық қасиеттеріне де әсер етеді. Сіңдірудің көміртектену шығымын жақсарту және сіңдірудің тұтқырлығын төмендету әрқашан С/К композиттік материалдарын сұйық фазалы сіңдіру әдісімен дайындауда шешілуі тиіс негізгі мәселелердің бірі болды. Сіңдірудің жоғары тұтқырлығы және төмен көміртектену шығымы С/К композиттік материалдарының жоғары құнының маңызды себептерінің бірі болып табылады. Сіңдірудің өнімділігін жақсарту С/К композиттік материалдарының өндіріс тиімділігін арттырып, олардың құнын төмендетіп қана қоймай, сонымен қатар С/К композиттік материалдарының әртүрлі қасиеттерін жақсарта алады. С/К композиттік материалдарын антиоксидантты өңдеу Көміртек талшығы ауада 360°C температурада тотыға бастайды. Графит талшығы көміртек талшығына қарағанда сәл жақсырақ, ал оның тотығу температурасы 420°C температурада тотыға бастайды. C/C композиттік материалдарының тотығу температурасы шамамен 450°C құрайды. C/C композиттік материалдары жоғары температуралы тотығу атмосферасында өте оңай тотығады, ал тотығу жылдамдығы температураның жоғарылауымен тез артады. Егер антиоксиданттық шаралар болмаса, C/C композиттік материалдарын жоғары температуралы тотығу ортасында ұзақ уақыт пайдалану сөзсіз апатты салдарға әкеледі. Сондықтан C/C композиттік материалдарын антиоксиданттық өңдеу оны дайындау процесінің ажырамас бөлігіне айналды. Антиоксиданттық технология тұрғысынан оны ішкі антиоксиданттық технология және антиоксиданттық жабын технологиясы деп бөлуге болады.

Химиялық бу фазасы

Химиялық бумен тұндыру (CVD немесе CVI) - көміртекті тікелей дайындаманың тесіктеріне тұндыру, бұл тесіктерді толтыру және тығыздығын арттыру мақсатына жету. Тұндырылған көміртекті графиттеу оңай және талшықпен жақсы физикалық үйлесімділікке ие. Сіңдіру әдісі сияқты қайта көміртектегенде ол кішіреймейді және бұл әдістің физикалық және механикалық қасиеттері жақсырақ. Дегенмен, CVD процесінде көміртек дайындаманың бетіне тұндырылса, бұл газдың ішкі тесіктерге таралуына жол бермейді. Бетіне тұндырылған көміртекті механикалық жолмен алып тастау керек, содан кейін тұндырудың жаңа кезеңін жүргізу керек. Қалың өнімдер үшін CVD әдісінің де белгілі бір қиындықтары бар және бұл әдістің циклі де өте ұзақ.