Proses penyediaan bahan komposit gentian karbon

Gambaran Keseluruhan Bahan Komposit Karbon-Karbon

Bahan komposit karbon/karbon (C/C)ialah bahan komposit bertetulang gentian karbon dengan beberapa ciri cemerlang seperti kekuatan dan modulus tinggi, graviti tentu ringan, pekali pengembangan haba kecil, rintangan kakisan, rintangan kejutan haba, rintangan geseran yang baik, dan kestabilan kimia yang baik. Ia merupakan jenis baharu bahan komposit suhu ultra tinggi.

Bahan komposit C/Cmerupakan bahan kejuruteraan bersepadu struktur-fungsi terma yang sangat baik. Seperti bahan komposit berprestasi tinggi yang lain, ia merupakan struktur komposit yang terdiri daripada fasa bertetulang gentian dan fasa asas. Perbezaannya ialah kedua-dua fasa bertetulang dan fasa asas terdiri daripada karbon tulen dengan sifat khas.

Bahan komposit karbon/karbonkebanyakannya diperbuat daripada felt karbon, kain karbon, gentian karbon sebagai tetulang dan karbon yang diendapkan wap sebagai matriks, tetapi ia hanya mempunyai satu unsur, iaitu karbon. Untuk meningkatkan ketumpatan, karbon yang dihasilkan oleh pengkarbonan diresapi dengan karbon atau diresapi dengan resin (atau asfalt), iaitu, bahan komposit karbon/karbon diperbuat daripada tiga bahan karbon.

Proses pembuatan bahan komposit karbon-karbon

1) Pilihan gentian karbon

Pemilihan berkas gentian karbon dan reka bentuk struktur fabrik gentian adalah asas untuk pembuatanKomposit C/CSifat mekanikal dan sifat termofizik komposit C/C boleh ditentukan dengan memilih jenis gentian dan parameter tenunan fabrik secara rasional, seperti orientasi susunan berkas benang, jarak berkas benang, kandungan isipadu berkas benang, dsb.

2) Penyediaan pra-bentuk gentian karbon

Pra-bentuk gentian karbon merujuk kepada bahan kosong yang dibentuk menjadi bentuk struktur gentian yang diperlukan mengikut bentuk produk dan keperluan prestasi untuk menjalankan proses pemadatan. Terdapat tiga kaedah pemprosesan utama untuk bahagian struktur pra-bentuk: tenunan lembut, tenunan keras dan tenunan campuran lembut dan keras. Proses tenunan utama ialah: tenunan benang kering, susunan kumpulan rod pra-impregnasi, tebukan tenunan halus, penggulungan gentian dan tenunan keseluruhan berbilang arah tiga dimensi. Pada masa ini, proses tenunan utama yang digunakan dalam bahan komposit C ialah tenunan berbilang arah keseluruhan tiga dimensi. Semasa proses tenunan, semua gentian tenunan disusun dalam arah tertentu. Setiap gentian diimbangi pada sudut tertentu di sepanjang arahnya sendiri dan saling berjalin antara satu sama lain untuk membentuk fabrik. Cirinya ialah ia boleh membentuk fabrik keseluruhan berbilang arah tiga dimensi, yang boleh mengawal kandungan isipadu gentian secara berkesan dalam setiap arah bahan komposit C/C, supaya bahan komposit C/C boleh menunjukkan sifat mekanikal yang munasabah dalam semua arah.

3) Proses pemadatan C/C

Tahap dan kecekapan pemadatan terutamanya dipengaruhi oleh struktur fabrik dan parameter proses bahan asas. Kaedah proses yang digunakan pada masa ini termasuk pengkarbonan impregnasi, pemendapan wap kimia (CVD), penyusupan wap kimia (CVI), pemendapan cecair kimia, pirolisis dan kaedah lain. Terdapat dua jenis kaedah proses utama: proses pengkarbonan impregnasi dan proses penyusupan wap kimia.

Pengimpregnasi fasa cecair-karbonisasi

Kaedah pengimpregnasian fasa cecair agak mudah dalam peralatan dan mempunyai kebolehgunaan yang luas, jadi kaedah pengimpregnasian fasa cecair merupakan kaedah penting untuk menyediakan bahan komposit C/C. Ia adalah untuk merendam preform yang diperbuat daripada gentian karbon ke dalam impregnant cecair, dan menjadikan impregnant menembusi sepenuhnya ke dalam lompang preform melalui penekanan, dan kemudian melalui beberapa proses seperti pengawetan, pengkarbonan, dan penggrafitan, akhirnya memperolehBahan komposit C/CKelemahannya ialah ia memerlukan kitaran pengimpregnaan dan pengkarbonan berulang untuk mencapai keperluan ketumpatan. Komposisi dan struktur impregnan dalam kaedah pengimpregnaan fasa cecair adalah sangat penting. Ia bukan sahaja mempengaruhi kecekapan penumpatan, tetapi juga mempengaruhi sifat mekanikal dan fizikal produk. Meningkatkan hasil pengkarbonan impregnan dan mengurangkan kelikatan impregnan sentiasa menjadi salah satu isu utama yang perlu diselesaikan dalam penyediaan bahan komposit C/C melalui kaedah pengimpregnaan fasa cecair. Kelikatan yang tinggi dan hasil pengkarbonan impregnan yang rendah adalah salah satu sebab penting bagi kos bahan komposit C/C yang tinggi. Meningkatkan prestasi impregnan bukan sahaja boleh meningkatkan kecekapan pengeluaran bahan komposit C/C dan mengurangkan kosnya, tetapi juga meningkatkan pelbagai sifat bahan komposit C/C. Rawatan anti-pengoksidaan bahan komposit C/C Serat karbon mula teroksida pada suhu 360°C di udara. Serat grafit sedikit lebih baik daripada serat karbon, dan suhu pengoksidaannya mula teroksida pada suhu 420°C. Suhu pengoksidaan bahan komposit C/C adalah kira-kira 450°C. Bahan komposit C/C sangat mudah teroksida dalam atmosfera oksidatif suhu tinggi, dan kadar pengoksidaan meningkat dengan cepat dengan peningkatan suhu. Jika tiada langkah anti-pengoksidaan, penggunaan bahan komposit C/C jangka panjang dalam persekitaran oksidatif suhu tinggi pasti akan menyebabkan akibat yang buruk. Oleh itu, rawatan anti-pengoksidaan bahan komposit C/C telah menjadi bahagian yang sangat penting dalam proses penyediaannya. Dari perspektif teknologi anti-pengoksidaan, ia boleh dibahagikan kepada teknologi anti-pengoksidaan dalaman dan teknologi salutan anti-pengoksidaan.

Fasa Wap Kimia

Pemendapan wap kimia (CVD atau CVI) adalah untuk memendapkan karbon terus ke dalam liang kosong untuk mencapai tujuan mengisi liang dan meningkatkan ketumpatan. Karbon yang termendap mudah digrafitkan, dan mempunyai keserasian fizikal yang baik dengan gentian. Ia tidak akan mengecut semasa pengkarbonan semula seperti kaedah penghamilan, dan sifat fizikal dan mekanikal kaedah ini adalah lebih baik. Walau bagaimanapun, semasa proses CVD, jika karbon termendap pada permukaan kosong, ia akan menghalang gas daripada meresap ke dalam liang dalaman. Karbon yang termendap pada permukaan harus dibuang secara mekanikal dan kemudian pusingan pemendapan baharu harus dijalankan. Untuk produk tebal, kaedah CVD juga mempunyai kesukaran tertentu, dan kitaran kaedah ini juga sangat panjang.