Overzicht van koolstof-koolstofcomposietmaterialen
Koolstof/koolstof (C/C) composietmateriaalHet is een met koolstofvezel versterkt composietmateriaal met een reeks uitstekende eigenschappen, zoals een hoge sterkte en modulus, een laag soortelijk gewicht, een kleine thermische uitzettingscoëfficiënt, corrosiebestendigheid, thermische schokbestendigheid, goede wrijvingsweerstand en goede chemische stabiliteit. Het is een nieuw type composietmateriaal voor ultrahoge temperaturen.
C/C composietmateriaalHet is een uitstekend geïntegreerd technisch materiaal met thermische, structurele en functionele eigenschappen. Net als andere hoogwaardige composietmaterialen is het een composietstructuur die bestaat uit een vezelversterkte fase en een basisfase. Het verschil is dat zowel de versterkende fase als de basisfase zijn samengesteld uit zuivere koolstof met speciale eigenschappen.
Koolstof/koolstof composietmaterialenZe zijn hoofdzakelijk gemaakt van koolstofvilt, koolstofdoek, koolstofvezels als versterking en dampafgezette koolstof als matrix, maar ze bevatten slechts één element: koolstof. Om de dichtheid te verhogen, wordt de door carbonisatie verkregen koolstof geïmpregneerd met koolstof of met hars (of asfalt), waardoor koolstof/koolstofcomposietmaterialen uit drie koolstofmaterialen bestaan.
Productieproces van koolstof-koolstofcomposietmaterialen
1) Keuze van koolstofvezel
De selectie van koolstofvezelbundels en het structurele ontwerp van vezelweefsels vormen de basis voor de productie.C/C-composietDe mechanische en thermofysische eigenschappen van C/C-composieten kunnen worden bepaald door een rationele selectie van vezeltypen en weefparameters, zoals de oriëntatie van de garenbundels, de afstand tussen de garenbundels, het volumegehalte van de garenbundels, enzovoort.
2) Voorbereiding van de koolstofvezelvoorvorm
Een koolstofvezelpreform verwijst naar een blanco die in de gewenste structurele vorm van de vezel wordt gevormd, afhankelijk van de vorm en prestatie-eisen van het product, om het verdichtingsproces mogelijk te maken. Er zijn drie belangrijke verwerkingsmethoden voor preformed structurele onderdelen: zacht weven, hard weven en een combinatie van zacht en hard weven. De belangrijkste weefprocessen zijn: droog garenweven, het rangschikken van voorgeïmpregneerde staafgroepen, fijn weven, vezelwikkelen en driedimensionaal multidirectioneel weven. Momenteel is het meest gebruikte weefproces voor C/C-composietmaterialen driedimensionaal multidirectioneel weven. Tijdens dit weefproces worden alle geweven vezels in een bepaalde richting gerangschikt. Elke vezel is onder een bepaalde hoek ten opzichte van zijn eigen richting verschoven en met elkaar verweven om een weefsel te vormen. Het kenmerk hiervan is dat het een driedimensionaal multidirectioneel weefsel kan vormen, waardoor het vezelvolume in elke richting van het C/C-composietmateriaal effectief kan worden gecontroleerd, zodat het C/C-composietmateriaal redelijke mechanische eigenschappen in alle richtingen kan vertonen.
3) C/C-verdichtingsproces
De mate en efficiëntie van de verdichting worden voornamelijk beïnvloed door de structuur van het weefsel en de procesparameters van het basismateriaal. De momenteel gebruikte procesmethoden omvatten impregnatiecarbonisatie, chemische dampafzetting (CVD), chemische dampinfiltratie (CVI), chemische vloeistofafzetting, pyrolyse en andere methoden. Er zijn twee hoofdtypen procesmethoden: impregnatiecarbonisatie en chemische dampinfiltratie.
Impregnering-carbonisatie in de vloeibare fase
De vloeistoffase-impregnatiemethode is relatief eenvoudig qua apparatuur en breed toepasbaar, waardoor het een belangrijke methode is voor de bereiding van C/C-composietmaterialen. De methode houdt in dat een voorvorm van koolstofvezels in een vloeibaar impregneermiddel wordt ondergedompeld, waarna het impregneermiddel door middel van druk volledig in de poriën van de voorvorm doordringt. Vervolgens worden via een reeks processen zoals uitharding, carbonisatie en grafitisatie uiteindelijk de gewenste materialen verkregen.C/C-composietmaterialenHet nadeel is dat herhaalde impregnerings- en carbonisatiecycli nodig zijn om de gewenste dichtheid te bereiken. De samenstelling en structuur van het impregneermiddel bij de vloeistoffase-impregnatiemethode zijn van groot belang. Dit beïnvloedt niet alleen de verdichtingsefficiëntie, maar ook de mechanische en fysische eigenschappen van het product. Het verbeteren van de carbonisatieopbrengst van het impregneermiddel en het verlagen van de viscositeit ervan zijn altijd belangrijke uitdagingen geweest bij de productie van C/C-composietmaterialen met de vloeistoffase-impregnatiemethode. De hoge viscositeit en lage carbonisatieopbrengst van het impregneermiddel zijn een van de belangrijkste redenen voor de hoge kosten van C/C-composietmaterialen. Het verbeteren van de prestaties van het impregneermiddel kan niet alleen de productie-efficiëntie van C/C-composietmaterialen verhogen en de kosten verlagen, maar ook de diverse eigenschappen van C/C-composietmaterialen verbeteren. Antioxidatiebehandeling van C/C-composietmaterialen: Koolstofvezels beginnen in de lucht te oxideren bij 360 °C. Grafietvezel is iets beter dan koolstofvezel en de oxidatietemperatuur ervan begint bij 420 °C. De oxidatietemperatuur van C/C-composietmaterialen ligt rond de 450 °C. C/C-composietmaterialen oxideren zeer gemakkelijk in een oxiderende atmosfeer bij hoge temperaturen, en de oxidatiesnelheid neemt snel toe met de temperatuur. Zonder anti-oxidatiemaatregelen zal langdurig gebruik van C/C-composietmaterialen in een oxiderende omgeving bij hoge temperaturen onvermijdelijk catastrofale gevolgen hebben. Daarom is de anti-oxidatiebehandeling van C/C-composietmaterialen een onmisbaar onderdeel van het productieproces geworden. Vanuit het perspectief van anti-oxidatietechnologie kan deze worden onderverdeeld in interne anti-oxidatietechnologie en anti-oxidatiecoatingtechnologie.
Chemische dampfase
Chemische dampafzetting (CVD of CVI) is een proces waarbij koolstof rechtstreeks in de poriën van het werkstuk wordt afgezet om de poriën te vullen en de dichtheid te verhogen. De afgezette koolstof is gemakkelijk te grafitiseren en heeft een goede fysieke compatibiliteit met de vezel. In tegenstelling tot de impregneringsmethode krimpt de koolstof niet tijdens hercarbonisatie, waardoor de fysische en mechanische eigenschappen beter zijn. Echter, als koolstof tijdens het CVD-proces op het oppervlak van het werkstuk wordt afgezet, kan dit de gasdiffusie in de interne poriën belemmeren. De koolstof op het oppervlak moet mechanisch worden verwijderd, waarna een nieuwe afzettingsronde moet worden uitgevoerd. Ook bij dikke producten kent de CVD-methode bepaalde moeilijkheden en is de cyclusduur erg lang.
Geplaatst op: 31 december 2024