Процес на подготовка на композитни материјали од јаглеродни влакна

Преглед на јаглерод-јаглеродни композитни материјали

Јаглерод/јаглерод (C/C) композитен материјале композитен материјал зајакнат со јаглеродни влакна со низа одлични својства како што се висока цврстина и модул, специфична тежина на светлина, мал коефициент на термичка експанзија, отпорност на корозија, отпорност на термички шок, добра отпорност на триење и добра хемиска стабилност. Тоа е нов вид на композитен материјал за ултра високи температури.

C/C композитен материјале одличен термички структурно-функционален интегриран инженерски материјал. Како и другите високо-перформансни композитни материјали, тоа е композитна структура составена од фаза зајакната со влакна и базна фаза. Разликата е во тоа што и зајакнатата фаза и базната фаза се составени од чист јаглерод со посебни својства.

Јаглерод/јаглерод композитни материјалисе направени главно од карбонски филц, карбонска ткаенина, карбонски влакна како засилување и јаглерод наталожен на пареа како матрица, но имаат само еден елемент, а тоа е јаглерод. За да се зголеми густината, јаглеродот генериран со карбонизација е импрегниран со јаглерод или импрегниран со смола (или асфалт), односно јаглерод/карбонски композитните материјали се направени од три јаглеродни материјали.

Процес на производство на јаглерод-јаглерод композитни материјали

1) Избор на јаглеродни влакна

Изборот на снопови од јаглеродни влакна и структурниот дизајн на влакнестите ткаенини се основа за производство.C/C композитМеханичките својства и термофизичките својства на C/C композитите може да се утврдат со рационален избор на типови влакна и параметри на ткаење на ткаенината, како што се ориентацијата на распоредот на сноповите од предиво, растојанието меѓу сноповите од предиво, содржината на волуменот на сноповите од предиво итн.

2) Подготовка на преформа од јаглеродни влакна

Преформата од јаглеродни влакна се однесува на празен материјал кој е обликуван во потребната структурна форма на влакното според обликот на производот и барањата за перформанси со цел да се изврши процесот на згуснување. Постојат три главни методи на обработка за претходно обликувани структурни делови: меко ткаење, тврдо ткаење и меко и тврдо мешано ткаење. Главните процеси на ткаење се: ткаење со суво предиво, распоред на претходно импрегнирана група прачки, пробивање на фино ткаење, намотување на влакна и тродимензионално повеќенасочно целокупно ткаење. Во моментов, главниот процес на ткаење што се користи кај C композитните материјали е тродимензионално целокупно повеќенасочно ткаење. За време на процесот на ткаење, сите ткаени влакна се распоредени во одредена насока. Секое влакно е поместено под одреден агол по својата насока и испреплетено едно со друго за да формира ткаенина. Неговата карактеристика е што може да формира тродимензионално повеќенасочно целокупно ткаенина, која може ефикасно да ја контролира волуменската содржина на влакната во секоја насока на C/C композитниот материјал, така што C/C композитниот материјал може да покажува разумни механички својства во сите насоки.

3) Процес на згуснување со C/C

Степенот и ефикасноста на згуснувањето главно зависат од структурата на ткаенината и параметрите на процесот на основниот материјал. Методите на процесирање што се користат моментално вклучуваат импрегнациска карбонизација, хемиско таложење на пареа (CVD), хемиска инфилтрација на пареа (CVI), хемиско таложење на течност, пиролиза и други методи. Постојат два главни типа на методи на процесирање: процес на импрегнациска карбонизација и процес на хемиска инфилтрација на пареа.

Импрегнација-карбонизација во течна фаза

Методот на импрегнација во течна фаза е релативно едноставен во опремата и има широка применливост, па затоа методот на импрегнација во течна фаза е важен метод за подготовка на C/C композитни материјали. Се состои во потопување на преформата направена од јаглеродни влакна во течниот импрегнант и целосно продирање на импрегнантот во празнините на преформата со притисок, а потоа преку серија процеси како што се стврднување, карбонизација и графитизација, конечно се добива...C/C композитни материјалиНеговиот недостаток е што се потребни повторени циклуси на импрегнација и карбонизација за да се постигнат потребните густина. Составот и структурата на импрегнантот во методот на импрегнација во течна фаза се многу важни. Тоа не само што влијае на ефикасноста на згуснување, туку влијае и на механичките и физичките својства на производот. Подобрувањето на приносот на карбонизација на импрегнантот и намалувањето на вискозитетот на импрегнантот отсекогаш биле едно од клучните прашања што треба да се решат при подготовката на C/C композитни материјали со метод на импрегнација во течна фаза. Високиот вискозитет и нискиот принос на карбонизација на импрегнантот се една од важните причини за високата цена на C/C композитните материјали. Подобрувањето на перформансите на импрегнантот не само што може да ја подобри ефикасноста на производството на C/C композитните материјали и да ја намали нивната цена, туку и да ги подобри различните својства на C/C композитните материјали. Антиоксидативен третман на C/C композитни материјали Јаглеродните влакна почнуваат да оксидираат на 360°C во воздух. Графитните влакна се малку подобри од јаглеродните влакна, а нивната температура на оксидација почнува да оксидира на 420°C. Температурата на оксидација на C/C композитните материјали е околу 450°C. C/C композитните материјали многу лесно се оксидираат во оксидативна атмосфера со висока температура, а стапката на оксидација брзо се зголемува со зголемувањето на температурата. Доколку нема мерки против оксидација, долготрајната употреба на C/C композитните материјали во оксидативна средина со висока температура неизбежно ќе предизвика катастрофални последици. Затоа, антиоксидативниот третман на C/C композитните материјали стана неопходен дел од процесот на нивна подготовка. Од перспектива на антиоксидациската технологија, таа може да се подели на внатрешна антиоксидациска технологија и технологија на антиоксидациско обложување.

Хемиска фаза на пареа

Хемиското таложење со пареа (CVD или CVI) е таложење на јаглерод директно во порите на празното парче за да се постигне целта на пополнување на порите и зголемување на густината. Таложениот јаглерод лесно се графитира и има добра физичка компатибилност со влакната. Нема да се собира за време на повторната карбонизација како методот на импрегнација, а физичките и механичките својства на овој метод се подобри. Меѓутоа, за време на CVD процесот, ако јаглеродот се таложи на површината на празното парче, тоа ќе го спречи гасот да се дифузира во внатрешните пори. Јаглеродот таложен на површината треба механички да се отстрани, а потоа треба да се спроведе нова рунда на таложење. За дебели производи, CVD методот исто така има одредени тешкотии, а циклусот на овој метод е исто така многу долг.