Anglies-anglies kompozicinių medžiagų apžvalga
Anglies/anglies (C/C) kompozicinė medžiagayra anglies pluoštu sustiprinta kompozicinė medžiaga, pasižyminti puikiomis savybėmis, tokiomis kaip didelis stiprumas ir modulis, mažas savitasis svoris, mažas šiluminio plėtimosi koeficientas, atsparumas korozijai, atsparumas šiluminiam smūgiui, geras atsparumas trinčiai ir geras cheminis stabilumas. Tai naujo tipo itin aukštos temperatūros kompozicinė medžiaga.
C/C kompozicinė medžiagayra puiki šiluminę struktūrą turinti integruota inžinerinė medžiaga. Kaip ir kitos aukštos kokybės kompozicinės medžiagos, tai kompozicinė struktūra, sudaryta iš pluoštu sustiprintos fazės ir bazinės fazės. Skirtumas tas, kad ir sustiprinta, ir bazinė fazė sudarytos iš grynos anglies, turinčios ypatingų savybių.
Anglies/anglies kompozicinės medžiagosdaugiausia gaminamos iš anglies veltinio, anglies audinio, anglies pluošto kaip armatūros ir garų būdu nusodintos anglies kaip matricos, tačiau jose yra tik vienas elementas – anglis. Siekiant padidinti tankį, karbonizacijos metu gauta anglis yra impregnuojama anglimi arba impregnuojama derva (arba asfaltu), t. y. anglies/anglies kompozicinės medžiagos yra pagamintos iš trijų anglies medžiagų.
Anglies-anglies kompozicinių medžiagų gamybos procesas
1) Anglies pluošto pasirinkimas
Anglies pluošto ryšulių pasirinkimas ir pluošto audinių konstrukcinis projektavimas yra gamybos pagrindasC/C kompozitasC/C kompozitų mechanines ir termofizines savybes galima nustatyti racionaliai parinkus pluoštų tipus ir audinio audimo parametrus, tokius kaip siūlų pluošto išdėstymo orientacija, siūlų pluošto atstumas, siūlų pluošto tūrio kiekis ir kt.
2) Anglies pluošto ruošinio paruošimas
Anglies pluošto ruošinys – tai ruošinys, suformuojamas į reikiamą pluošto struktūrinę formą pagal gaminio formą ir eksploatacinius reikalavimus, kad būtų galima atlikti tankinimo procesą. Yra trys pagrindiniai iš anksto suformuotų konstrukcinių dalių apdorojimo būdai: minkštasis audimas, kietasis audimas ir minkštasis bei kietasis mišrusis audimas. Pagrindiniai audimo procesai yra šie: sausų siūlų audimas, iš anksto impregnuotų strypų grupių išdėstymas, smulkusis audimas, pluošto vyniojimas ir trimatis daugiakryptis bendras audimas. Šiuo metu pagrindinis C kompozicinių medžiagų audimo procesas yra trimatis bendras daugiakryptis audimas. Audimo proceso metu visi austi pluoštai yra išdėstyti tam tikra kryptimi. Kiekvienas pluoštas yra pastumtas tam tikru kampu išilgai savo krypties ir susipynęs vienas su kitu, kad sudarytų audinį. Jo savybė yra ta, kad jis gali sudaryti trimatį daugiakryptį bendrą audinį, kuris gali efektyviai kontroliuoti pluoštų tūrį kiekviena C/C kompozicinės medžiagos kryptimi, kad C/C kompozicinė medžiaga galėtų pasižymėti priimtinomis mechaninėmis savybėmis visomis kryptimis.
3) C/C tankinimo procesas
Tankinimo laipsnį ir efektyvumą daugiausia lemia audinio struktūra ir pagrindinės medžiagos proceso parametrai. Šiuo metu naudojami proceso metodai apima impregnavimo karbonizavimą, cheminį garų nusodinimą (CVD), cheminį garų infiltravimą (CVI), cheminį skysčių nusodinimą, pirolizę ir kitus metodus. Yra du pagrindiniai proceso metodų tipai: impregnavimo karbonizavimo procesas ir cheminio garų infiltravimo procesas.
Skystosios fazės impregnavimas-karbonizavimas
Skystosios fazės impregnavimo metodas yra gana paprastas įrangoje ir plačiai pritaikomas, todėl skystosios fazės impregnavimo metodas yra svarbus C/C kompozicinių medžiagų gamybos metodas. Jo esmė – panardinti iš anglies pluošto pagamintą ruošinį į skystą impregnantą, priversti impregnantą visiškai įsiskverbti į ruošinio ertmes slėgio pagalba, o po to, taikant įvairius procesus, tokius kaip kietinimas, karbonizavimas ir grafitizavimas, galiausiai gauti...C/C kompozicinės medžiagos. Jo trūkumas yra tas, kad norint pasiekti tankio reikalavimus, reikia pakartoti impregnavimo ir karbonizavimo ciklų. Skystosios fazės impregnavimo metodu impregnanto sudėtis ir struktūra yra labai svarbios. Tai turi įtakos ne tik tankinimo efektyvumui, bet ir mechaninėms bei fizinėms produkto savybėms. Impregnanto karbonizavimo išeigos gerinimas ir impregnanto klampumo mažinimas visada buvo vienas iš pagrindinių problemų, kurias reikia išspręsti ruošiant C/C kompozicines medžiagas skystosios fazės impregnavimo metodu. Didelė impregnanto klampa ir maža karbonizavimo išeiga yra viena iš svarbių C/C kompozicinių medžiagų didelės kainos priežasčių. Impregnanto eksploatacinių savybių gerinimas gali ne tik pagerinti C/C kompozicinių medžiagų gamybos efektyvumą ir sumažinti jų kainą, bet ir pagerinti įvairias C/C kompozicinių medžiagų savybes. C/C kompozicinių medžiagų antioksidacinis apdorojimas Anglies pluoštas pradeda oksiduotis esant 360 °C temperatūrai ore. Grafito pluoštas yra šiek tiek geresnis nei anglies pluoštas, o jo oksidacijos temperatūra pradeda oksiduotis esant 420 °C. C/C kompozicinių medžiagų oksidacijos temperatūra yra apie 450 °C. C/C kompozicinės medžiagos labai lengvai oksiduojasi aukštos temperatūros oksidacinėje atmosferoje, o oksidacijos greitis sparčiai didėja kylant temperatūrai. Jei nėra antioksidacinės apsaugos priemonių, ilgalaikis C/C kompozicinių medžiagų naudojimas aukštos temperatūros oksidacinėje aplinkoje neišvengiamai sukels katastrofiškų pasekmių. Todėl C/C kompozicinių medžiagų antioksidacinis apdorojimas tapo neatsiejama jų gamybos proceso dalimi. Antioksidacinės technologijos požiūriu, ją galima suskirstyti į vidinę antioksidacinės technologijos ir antioksidacinės dangos technologijos.
Cheminė garų fazė
Cheminis garų nusodinimas (CVD arba CVI) – tai anglies nusodinimas tiesiai į ruošinio poras, siekiant užpildyti poras ir padidinti tankį. Nusodinta anglis lengvai grafitizuojasi ir yra fiziškai suderinama su pluoštu. Pakartotinio karbonizavimo metu ji nesusitraukia, kitaip nei impregnavimo metu, o šio metodo fizikinės ir mechaninės savybės yra geresnės. Tačiau CVD proceso metu, jei anglis nusodinama ant ruošinio paviršiaus, tai neleidžia dujoms difunduoti į vidines poras. Ant paviršiaus nusodinta anglis turi būti pašalinta mechaniškai, o po to atliekamas naujas nusodinimo etapas. Storiems gaminiams CVD metodas taip pat turi tam tikrų sunkumų, o šio metodo ciklas yra labai ilgas.
Įrašo laikas: 2024 m. gruodžio 31 d.