कार्बन फाइबर कम्पोजिट सामग्रीको तयारी प्रक्रिया

कार्बन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीहरूको सिंहावलोकन

कार्बन/कार्बन (C/C) मिश्रित सामग्रीउच्च शक्ति र मोड्युलस, प्रकाश विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण, सानो थर्मल विस्तार गुणांक, जंग प्रतिरोध, थर्मल झटका प्रतिरोध, राम्रो घर्षण प्रतिरोध, र राम्रो रासायनिक स्थिरता जस्ता उत्कृष्ट गुणहरूको श्रृंखला भएको कार्बन फाइबर प्रबलित कम्पोजिट सामग्री हो। यो एक नयाँ प्रकारको अति-उच्च तापक्रम कम्पोजिट सामग्री हो।

C/C कम्पोजिट सामग्रीयो एक उत्कृष्ट थर्मल संरचना-कार्यात्मक एकीकृत इन्जिनियरिङ सामग्री हो। अन्य उच्च-प्रदर्शन कम्पोजिट सामग्रीहरू जस्तै, यो फाइबर-प्रबलित चरण र आधारभूत चरण मिलेर बनेको कम्पोजिट संरचना हो। भिन्नता यो हो कि प्रबलित चरण र आधारभूत चरण दुवै विशेष गुणहरू भएको शुद्ध कार्बनबाट बनेका हुन्छन्।

कार्बन/कार्बन कम्पोजिट सामग्रीहरूमुख्यतया कार्बन फेल्ट, कार्बन कपडा, सुदृढीकरणको रूपमा कार्बन फाइबर, र म्याट्रिक्सको रूपमा वाष्प जम्मा गरिएको कार्बनबाट बनेका हुन्छन्, तर यसमा एउटा मात्र तत्व हुन्छ, जुन कार्बन हो। घनत्व बढाउनको लागि, कार्बनाइजेशनबाट उत्पन्न हुने कार्बनलाई कार्बनले गर्भाधान गरिन्छ वा रेजिन (वा डामर) ले गर्भाधान गरिन्छ, अर्थात्, कार्बन/कार्बन कम्पोजिट सामग्रीहरू तीन कार्बन सामग्रीहरूबाट बनाइन्छ।

कार्बन-कार्बन कम्पोजिट सामग्रीको निर्माण प्रक्रिया

१) कार्बन फाइबरको छनोट

कार्बन फाइबर बन्डलहरूको छनोट र फाइबर कपडाहरूको संरचनात्मक डिजाइन निर्माणको आधार हो।C/C कम्पोजिट। C/C कम्पोजिटहरूको मेकानिकल गुणहरू र थर्मोफिजिकल गुणहरू तर्कसंगत रूपमा फाइबर प्रकारहरू र कपडा बुनाई प्यारामिटरहरू चयन गरेर निर्धारण गर्न सकिन्छ, जस्तै धागो बन्डल व्यवस्था अभिमुखीकरण, धागो बन्डल स्पेसिङ, धागो बन्डल भोल्युम सामग्री, आदि।

२) कार्बन फाइबर प्रिफर्मको तयारी

कार्बन फाइबर प्रिफर्मले उत्पादनको आकार र कार्यसम्पादन आवश्यकताहरू अनुसार घनत्व प्रक्रिया पूरा गर्न फाइबरको आवश्यक संरचनात्मक आकारमा बनाइएको खाली ठाउँलाई जनाउँछ। पूर्व-निर्मित संरचनात्मक भागहरूको लागि तीन मुख्य प्रशोधन विधिहरू छन्: नरम बुनाई, कडा बुनाई र नरम र कडा मिश्रित बुनाई। मुख्य बुनाई प्रक्रियाहरू हुन्: सुख्खा धागो बुनाई, पूर्व-गर्भित रड समूह व्यवस्था, राम्रो बुनाई पंचर, फाइबर घुमाउने र त्रि-आयामी बहु-दिशात्मक समग्र बुनाई। हाल, C कम्पोजिट सामग्रीहरूमा प्रयोग हुने मुख्य बुनाई प्रक्रिया त्रि-आयामी समग्र बहु-दिशात्मक बुनाई हो। बुनाई प्रक्रियाको क्रममा, सबै बुनेका फाइबरहरू निश्चित दिशामा व्यवस्थित हुन्छन्। प्रत्येक फाइबरलाई आफ्नै दिशामा एक निश्चित कोणमा अफसेट गरिन्छ र कपडा बनाउन एकअर्कासँग अन्तर्निहित गरिन्छ। यसको विशेषता यो हो कि यसले त्रि-आयामी बहु-दिशात्मक समग्र कपडा बनाउन सक्छ, जसले C/C कम्पोजिट सामग्रीको प्रत्येक दिशामा फाइबरको मात्रा सामग्रीलाई प्रभावकारी रूपमा नियन्त्रण गर्न सक्छ, ताकि C/C कम्पोजिट सामग्रीले सबै दिशाहरूमा उचित मेकानिकल गुणहरू प्रयोग गर्न सक्छ।

३) C/C घनत्वकरण प्रक्रिया

घनत्वकरणको डिग्री र दक्षता मुख्यतया कपडाको संरचना र आधार सामग्रीको प्रक्रिया प्यारामिटरहरूबाट प्रभावित हुन्छ। हाल प्रयोग हुने प्रक्रिया विधिहरूमा गर्भाधान कार्बनाइजेशन, रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD), रासायनिक वाष्प घुसपैठ (CVI), रासायनिक तरल निक्षेपण, पाइरोलिसिस र अन्य विधिहरू समावेश छन्। प्रक्रिया विधिका दुई मुख्य प्रकारहरू छन्: गर्भाधान कार्बनाइजेशन प्रक्रिया र रासायनिक वाष्प घुसपैठ प्रक्रिया।

तरल चरण गर्भाधान-कार्बोनाइजेशन

तरल चरण गर्भाधान विधि उपकरणमा अपेक्षाकृत सरल छ र यसको व्यापक उपयोगिता छ, त्यसैले तरल चरण गर्भाधान विधि C/C कम्पोजिट सामग्रीहरू तयार गर्नको लागि एक महत्त्वपूर्ण विधि हो। यो कार्बन फाइबरबाट बनेको प्रिफर्मलाई तरल गर्भाधानमा डुबाउनु हो, र प्रेसराइजेसनद्वारा प्रिफर्मको खाली ठाउँहरूमा पूर्ण रूपमा प्रवेश गर्नु हो, र त्यसपछि उपचार, कार्बनाइजेसन, र ग्राफिटाइजेसन जस्ता प्रक्रियाहरूको श्रृंखला मार्फत, अन्ततः प्राप्त गर्नु हो।C/C कम्पोजिट सामग्रीहरू। यसको बेफाइदा यो हो कि यसले घनत्व आवश्यकताहरू प्राप्त गर्न बारम्बार गर्भाधान र कार्बनाइजेशन चक्र लिन्छ। तरल चरण गर्भाधान विधिमा गर्भाधानको संरचना र संरचना धेरै महत्त्वपूर्ण छ। यसले घनत्व दक्षतालाई मात्र असर गर्दैन, तर उत्पादनको मेकानिकल र भौतिक गुणहरूलाई पनि असर गर्छ। गर्भवतीको कार्बनाइजेशन उपज सुधार गर्नु र गर्भवतीको चिपचिपापन घटाउनु सधैं तरल चरण गर्भाधान विधिद्वारा C/C कम्पोजिट सामग्रीको तयारीमा समाधान गर्नुपर्ने प्रमुख समस्याहरू मध्ये एक हो। गर्भवतीको उच्च चिपचिपापन र कम कार्बनाइजेशन उपज C/C कम्पोजिट सामग्रीको उच्च लागतको एक महत्त्वपूर्ण कारण हो। गर्भवतीको कार्यसम्पादन सुधार गर्नाले C/C कम्पोजिट सामग्रीको उत्पादन दक्षता सुधार गर्न र तिनीहरूको लागत घटाउन मात्र सक्दैन, तर C/C कम्पोजिट सामग्रीको विभिन्न गुणहरूमा पनि सुधार गर्न सक्छ। C/C कम्पोजिट सामग्रीको एन्टी-अक्सिडेशन उपचार कार्बन फाइबर हावामा ३६०°C मा अक्सिडाइज हुन थाल्छ। ग्रेफाइट फाइबर कार्बन फाइबर भन्दा अलि राम्रो छ, र यसको अक्सिडेशन तापमान ४२०°C मा अक्सिडाइज हुन थाल्छ। C/C कम्पोजिट सामग्रीहरूको अक्सिडेशन तापक्रम लगभग ४५०°C हुन्छ। उच्च-तापमान अक्सिडेटिभ वातावरणमा C/C कम्पोजिट सामग्रीहरू अक्सिडाइज गर्न धेरै सजिलो हुन्छ, र तापक्रम बढ्दै जाँदा अक्सिडेशन दर द्रुत गतिमा बढ्छ। यदि कुनै एन्टी-अक्सिडेशन उपायहरू छैनन् भने, उच्च-तापमान अक्सिडेटिव वातावरणमा C/C कम्पोजिट सामग्रीहरूको दीर्घकालीन प्रयोगले अनिवार्य रूपमा विनाशकारी परिणामहरू निम्त्याउनेछ। त्यसकारण, C/C कम्पोजिट सामग्रीहरूको एन्टी-अक्सिडेशन उपचार यसको तयारी प्रक्रियाको एक अपरिहार्य भाग भएको छ। एन्टी-अक्सिडेशन प्रविधिको दृष्टिकोणबाट, यसलाई आन्तरिक एन्टी-अक्सिडेशन प्रविधि र एन्टी-अक्सिडेशन कोटिंग प्रविधिमा विभाजन गर्न सकिन्छ।

रासायनिक बाष्प चरण

रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD वा CVI) भनेको छिद्रहरू भर्ने र घनत्व बढाउने उद्देश्य प्राप्त गर्न खाली ठाउँको छिद्रहरूमा सिधै कार्बन जम्मा गर्नु हो। जम्मा गरिएको कार्बन ग्राफिटाइज गर्न सजिलो छ, र फाइबरसँग राम्रो भौतिक अनुकूलता छ। गर्भाधान विधि जस्तै पुन: कार्बनाइजेशनको समयमा यो संकुचित हुनेछैन, र यस विधिको भौतिक र यान्त्रिक गुणहरू राम्रो छन्। यद्यपि, CVD प्रक्रियाको क्रममा, यदि कार्बन खाली ठाउँको सतहमा जम्मा गरियो भने, यसले ग्यासलाई आन्तरिक छिद्रहरूमा फैलिनबाट रोक्नेछ। सतहमा जम्मा गरिएको कार्बनलाई यान्त्रिक रूपमा हटाइनु पर्छ र त्यसपछि जम्मा गर्ने नयाँ चरण गर्नु पर्छ। बाक्लो उत्पादनहरूको लागि, CVD विधिमा पनि केही कठिनाइहरू छन्, र यस विधिको चक्र पनि धेरै लामो छ।