कार्बन फायबर कंपोझिट मटेरियलची निर्मिती प्रक्रिया

कार्बन-कार्बन संमिश्र सामग्रीचा आढावा

कार्बन/कार्बन (C/C) संमिश्र पदार्थहे एक कार्बन फायबर प्रबलित संमिश्र साहित्य आहे, ज्यात उच्च सामर्थ्य आणि मापांक, हलके विशिष्ट गुरुत्व, कमी औष्णिक प्रसरण गुणांक, क्षरण प्रतिरोध, औष्णिक धक्का प्रतिरोध, चांगला घर्षण प्रतिरोध आणि चांगली रासायनिक स्थिरता यांसारखे उत्कृष्ट गुणधर्म आहेत. हे एक नवीन प्रकारचे अति-उच्च तापमान संमिश्र साहित्य आहे.

C/C संमिश्र पदार्थहे एक उत्कृष्ट औष्णिक संरचनात्मक-कार्यात्मक एकात्मिक अभियांत्रिकी साहित्य आहे. इतर उच्च-कार्यक्षमता संमिश्र साहित्यांप्रमाणेच, ही एक संमिश्र संरचना आहे जी तंतु-प्रबलित टप्पा आणि मूलभूत टप्पा यांनी बनलेली असते. फरक एवढाच आहे की, प्रबलित टप्पा आणि मूलभूत टप्पा दोन्ही विशेष गुणधर्म असलेल्या शुद्ध कार्बनने बनलेले असतात.

कार्बन/कार्बन संमिश्र साहित्यहे प्रामुख्याने कार्बन फेल्ट, कार्बन क्लॉथ, मजबुतीसाठी कार्बन फायबर आणि मॅट्रिक्ससाठी व्हेपर डिपॉझिटेड कार्बनपासून बनवलेले असतात, परंतु त्यात फक्त एकच घटक असतो, तो म्हणजे कार्बन. घनता वाढवण्यासाठी, कार्बनीकरणाने तयार झालेल्या कार्बनवर कार्बन किंवा रेझिन (किंवा डांबर) यांचे मिश्रण केले जाते, म्हणजेच, कार्बन/कार्बन संमिश्र पदार्थ हे तीन कार्बन पदार्थांपासून बनवले जातात.

कार्बन-कार्बन संमिश्र सामग्रीची उत्पादन प्रक्रिया

१) कार्बन फायबरची निवड

कार्बन फायबर बंडल्सची निवड आणि फायबर फॅब्रिक्सची संरचनात्मक रचना हे उत्पादनाचा आधार आहेत.सी/सी कंपोझिटफायबरचे प्रकार आणि फॅब्रिक विणकामाचे पॅरामीटर्स, जसे की यार्न बंडल व्यवस्थेची दिशा, यार्न बंडलमधील अंतर, यार्न बंडलचे आकारमान इत्यादींची विवेकपूर्ण निवड करून C/C कंपोझिट्सचे यांत्रिक गुणधर्म आणि थर्मोफिजिकल गुणधर्म निर्धारित केले जाऊ शकतात.

२) कार्बन फायबर प्रीफॉर्मची तयारी

कार्बन फायबर प्रीफॉर्म म्हणजे एक कोरा साचा, जो घनता वाढवण्याच्या प्रक्रियेसाठी उत्पादनाच्या आकार आणि कार्यक्षमतेच्या आवश्यकतेनुसार फायबरला आवश्यक संरचनात्मक आकार देतो. पूर्वनिर्मित संरचनात्मक भागांसाठी तीन मुख्य प्रक्रिया पद्धती आहेत: सॉफ्ट विणकाम, हार्ड विणकाम आणि सॉफ्ट व हार्ड मिश्रित विणकाम. मुख्य विणकाम प्रक्रिया आहेत: ड्राय यार्न विणकाम, प्री-इम्प्रेग्नेटेड रॉड ग्रुप अरेंजमेंट, फाइन वीव्हिंग पंक्चर, फायबर वाइंडिंग आणि थ्री-डायमेन्शनल मल्टी-डायरेक्शनल ओव्हरऑल वीव्हिंग. सध्या, C कंपोझिट मटेरियलमध्ये वापरली जाणारी मुख्य विणकाम प्रक्रिया थ्री-डायमेन्शनल ओव्हरऑल मल्टी-डायरेक्शनल वीव्हिंग आहे. विणकाम प्रक्रियेदरम्यान, सर्व विणलेले फायबर एका विशिष्ट दिशेत मांडलेले असतात. प्रत्येक फायबर त्याच्या स्वतःच्या दिशेने एका विशिष्ट कोनात सरकवला जातो आणि एकमेकांमध्ये विणून एक कापड तयार केले जाते. याचे वैशिष्ट्य म्हणजे ते एक थ्री-डायमेन्शनल मल्टी-डायरेक्शनल ओव्हरऑल कापड तयार करू शकते, जे C/C कंपोझिट मटेरियलच्या प्रत्येक दिशेतील फायबरच्या प्रमाणाचे प्रभावीपणे नियंत्रण करू शकते, जेणेकरून C/C कंपोझिट मटेरियल सर्व दिशांमध्ये योग्य यांत्रिक गुणधर्म दर्शवू शकेल.

३) सी/सी घनीकरण प्रक्रिया

घनता वाढवण्याची पातळी आणि कार्यक्षमता मुख्यत्वे फॅब्रिकची रचना आणि मूळ सामग्रीच्या प्रक्रिया पॅरामीटर्सवर अवलंबून असते. सध्या वापरल्या जाणाऱ्या प्रक्रिया पद्धतींमध्ये इम्प्रग्नेशन कार्बनीकरण, केमिकल व्हेपर डिपॉझिशन (CVD), केमिकल व्हेपर इन्फिल्ट्रेशन (CVI), केमिकल लिक्विड डिपॉझिशन, पायरोलिसिस आणि इतर पद्धतींचा समावेश आहे. प्रक्रिया पद्धतींचे दोन मुख्य प्रकार आहेत: इम्प्रग्नेशन कार्बनीकरण प्रक्रिया आणि केमिकल व्हेपर इन्फिल्ट्रेशन प्रक्रिया.

द्रव अवस्थेतील गर्भाधान-कार्बनीकरण

द्रवरूप संसेचन पद्धत उपकरणांच्या बाबतीत तुलनेने सोपी आहे आणि तिची उपयोज्यता व्यापक आहे, त्यामुळे C/C संमिश्र साहित्य तयार करण्यासाठी ही एक महत्त्वाची पद्धत आहे. यामध्ये कार्बन फायबरपासून बनवलेला प्रीफॉर्म द्रवरूप संसेचकात बुडवला जातो आणि दाब देऊन तो संसेचक प्रीफॉर्मच्या पोकळ्यांमध्ये पूर्णपणे शिरकाव करतो. त्यानंतर क्युरिंग, कार्बनीकरण आणि ग्राफायटीकरण यांसारख्या प्रक्रियांच्या मालिकेद्वारे, शेवटी ते मिळवले जाते.C/C संमिश्र साहित्ययाचा तोटा असा आहे की घनतेच्या आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी वारंवार इम्प्रेग्नेशन आणि कार्बनीकरण चक्रांची आवश्यकता असते. द्रव अवस्थेतील इम्प्रेग्नेशन पद्धतीमध्ये इम्प्रेग्नंटची रचना आणि संरचना खूप महत्त्वाची असते. याचा परिणाम केवळ घनता वाढवण्याच्या कार्यक्षमतेवरच होत नाही, तर उत्पादनाच्या यांत्रिक आणि भौतिक गुणधर्मांवरही होतो. द्रव अवस्थेतील इम्प्रेग्नेशन पद्धतीद्वारे C/C संमिश्र सामग्री तयार करताना, इम्प्रेग्नंटच्या कार्बनीकरण उत्पन्नात सुधारणा करणे आणि इम्प्रेग्नंटची चिकटपणा कमी करणे हे नेहमीच सोडवण्यासारख्या प्रमुख समस्यांपैकी एक राहिले आहे. इम्प्रेग्नंटचा उच्च चिकटपणा आणि कमी कार्बनीकरण उत्पन्न हे C/C संमिश्र सामग्रीच्या उच्च खर्चामागील महत्त्वाच्या कारणांपैकी एक आहे. इम्प्रेग्नंटची कार्यक्षमता सुधारल्याने केवळ C/C संमिश्र सामग्रीची उत्पादन कार्यक्षमता सुधारून त्यांचा खर्च कमी होत नाही, तर C/C संमिश्र सामग्रीचे विविध गुणधर्म देखील सुधारतात. C/C संमिश्र सामग्रीवर ऑक्सिडेशन-विरोधी उपचार: कार्बन फायबर हवेत ३६०°C तापमानाला ऑक्सिडाइज होऊ लागतो. ग्राफाईट फायबर कार्बन फायबरपेक्षा किंचित चांगले आहे आणि त्याचे ऑक्सिडेशन तापमान ४२०°C पासून सुरू होते. C/C कंपोझिट मटेरियलचे ऑक्सिडेशन तापमान सुमारे ४५०°C असते. उच्च-तापमानाच्या ऑक्सिडेटिव्ह वातावरणात C/C कंपोझिट मटेरियलचे ऑक्सिडेशन खूप सहज होते आणि तापमान वाढल्याने ऑक्सिडेशनचा दर वेगाने वाढतो. जर ऑक्सिडेशन-विरोधी उपाययोजना केल्या नाहीत, तर उच्च-तापमानाच्या ऑक्सिडेटिव्ह वातावरणात C/C कंपोझिट मटेरियलच्या दीर्घकालीन वापरामुळे अपरिहार्यपणे विनाशकारी परिणाम होतील. त्यामुळे, C/C कंपोझिट मटेरियलवर ऑक्सिडेशन-विरोधी प्रक्रिया करणे हे त्याच्या निर्मिती प्रक्रियेचा एक अविभाज्य भाग बनले आहे. ऑक्सिडेशन-विरोधी तंत्रज्ञानाच्या दृष्टिकोनातून, त्याची विभागणी अंतर्गत ऑक्सिडेशन-विरोधी तंत्रज्ञान आणि ऑक्सिडेशन-विरोधी कोटिंग तंत्रज्ञान अशी करता येते.

रासायनिक बाष्प अवस्था

रासायनिक बाष्प निक्षेपण (CVD किंवा CVI) पद्धतीत, छिद्रे भरण्याचा आणि घनता वाढवण्याचा उद्देश साध्य करण्यासाठी, कार्बन थेट ब्लँकच्या छिद्रांमध्ये जमा केला जातो. जमा झालेल्या कार्बनचे सहजपणे ग्रॅफायटीकरण होते आणि त्याची फायबरसोबत चांगली भौतिक सुसंगतता असते. इम्प्रग्नेशन पद्धतीप्रमाणे, पुन्हा कार्बनीकरण करताना तो आकुंचन पावत नाही आणि या पद्धतीचे भौतिक व यांत्रिक गुणधर्म अधिक चांगले असतात. तथापि, CVD प्रक्रियेदरम्यान, जर कार्बन ब्लँकच्या पृष्ठभागावर जमा झाला, तर तो वायूला अंतर्गत छिद्रांमध्ये पसरण्यापासून रोखतो. पृष्ठभागावर जमा झालेला कार्बन यांत्रिकरित्या काढून टाकावा लागतो आणि त्यानंतर निक्षेपणाची नवीन फेरी करावी लागते. जाड उत्पादनांसाठी, CVD पद्धतीत काही अडचणी देखील आहेत आणि या पद्धतीचे चक्र देखील खूप लांब असते.