Procesi i përgatitjes së materialeve kompozite me fibra karboni

Përmbledhje e Materialeve të Përbëra Karbon-Karbon

Material kompozit karbon/karbon (C/C)është një material kompozit i përforcuar me fibra karboni me një sërë vetish të shkëlqyera, siç janë rezistenca dhe moduli i lartë, graviteti specifik i dritës, koeficienti i vogël i zgjerimit termik, rezistenca ndaj korrozionit, rezistenca ndaj goditjeve termike, rezistenca e mirë ndaj fërkimit dhe stabiliteti i mirë kimik. Është një lloj i ri i materialit kompozit për temperatura ultra të larta.

Material i përbërë C/Cështë një material inxhinierik i integruar termik me strukturë dhe funksion të shkëlqyer. Ashtu si materialet e tjera kompozite me performancë të lartë, është një strukturë kompozite e përbërë nga një fazë e përforcuar me fibra dhe një fazë bazike. Dallimi është se si faza e përforcuar ashtu edhe faza bazike përbëhen nga karbon i pastër me veti të veçanta.

Materiale të përbëra nga karboni/karbonijanë bërë kryesisht nga ndjeri karboni, pëlhurë karboni, fibër karboni si përforcim dhe karbon i depozituar nga avulli si matricë, por kanë vetëm një element, që është karboni. Për të rritur dendësinë, karboni i gjeneruar nga karbonizimi është impregnuar me karbon ose impregnuar me rrëshirë (ose asfalt), domethënë, materialet kompozite karbon/karbon janë bërë nga tre materiale karboni.

Procesi i prodhimit të materialeve kompozite karbon-karbon

1) Zgjedhja e fibrave të karbonit

Përzgjedhja e tufave të fibrave të karbonit dhe dizajni strukturor i pëlhurave me fibra janë baza për prodhim.Kompozit C/CVetitë mekanike dhe vetitë termofizike të kompozitëve C/C mund të përcaktohen duke zgjedhur në mënyrë racionale llojet e fibrave dhe parametrat e endjes së pëlhurës, siç janë orientimi i rregullimit të tufave të fijeve, hapësira midis tufave të fijeve, përmbajtja e vëllimit të tufave të fijeve, etj.

2) Përgatitja e paraformës së fibrave të karbonit

Paraforma e fibrës së karbonit i referohet një cope të zbrazët që formohet në formën e kërkuar strukturore të fibrës sipas formës së produktit dhe kërkesave të performancës në mënyrë që të kryhet procesi i dendësimit. Ekzistojnë tre metoda kryesore përpunimi për pjesët strukturore të paraformuara: gërshetim i butë, gërshetim i fortë dhe gërshetim i përzier i butë dhe i fortë. Proceset kryesore të gërshetimit janë: gërshetimi i fijeve të thata, rregullimi i grupit të shufrave të para-impreguara, shpimi i gërshetimit të imët, mbështjellja e fibrave dhe gërshetimi i përgjithshëm tre-dimensional shumë-drejtimësh. Aktualisht, procesi kryesor i gërshetimit i përdorur në materialet kompozite C është gërshetimi i përgjithshëm tre-dimensional shumë-drejtimësh. Gjatë procesit të gërshetimit, të gjitha fibrat e endura janë të rregulluara në një drejtim të caktuar. Çdo fibër është e zhvendosur në një kënd të caktuar përgjatë drejtimit të vet dhe endur me njëra-tjetrën për të formuar një pëlhurë. Karakteristika e tij është se mund të formojë një pëlhurë të përgjithshme tre-dimensionale shumë-drejtimëshe, e cila mund të kontrollojë në mënyrë efektive përmbajtjen voluminoze të fibrave në secilin drejtim të materialit kompozit C/C, në mënyrë që materiali kompozit C/C të mund të ushtrojë veti mekanike të arsyeshme në të gjitha drejtimet.

3) Procesi i dendësimit C/C

Shkalla dhe efikasiteti i dendësimit ndikohen kryesisht nga struktura e pëlhurës dhe parametrat e procesit të materialit bazë. Metodat e procesit që përdoren aktualisht përfshijnë karbonizimin me impregnim, depozitimin kimik të avujve (CVD), infiltrimin kimik të avujve (CVI), depozitimin kimik të lëngjeve, pirolizën dhe metoda të tjera. Ekzistojnë dy lloje kryesore të metodave të procesit: procesi i karbonizimit me impregnim dhe procesi i infiltrimit kimik të avujve.

Impregnim-karbonizim në fazën e lëngshme

Metoda e impregnimit në fazë të lëngshme është relativisht e thjeshtë në pajisje dhe ka zbatueshmëri të gjerë, kështu që metoda e impregnimit në fazë të lëngshme është një metodë e rëndësishme për përgatitjen e materialeve kompozite C/C. Është zhytja e paraformës së bërë nga fibra karboni në impregnantin e lëngshëm dhe bërja e impregnantit të depërtojë plotësisht në boshllëqet e paraformës me anë të presionit, dhe më pas përmes një sërë procesesh si kurimi, karbonizimi dhe grafitimi, përftohet përfundimisht.Materiale të përbëra C/CDisavantazhi i saj është se duhen cikle të përsëritura impregnimi dhe karbonizimi për të arritur kërkesat e dendësisë. Përbërja dhe struktura e impregnuesit në metodën e impregnimit në fazë të lëngshme janë shumë të rëndësishme. Kjo jo vetëm që ndikon në efikasitetin e dendësimit, por ndikon edhe në vetitë mekanike dhe fizike të produktit. Përmirësimi i rendimentit të karbonizimit të impregnuesit dhe zvogëlimi i viskozitetit të impregnuesit kanë qenë gjithmonë një nga çështjet kryesore që duhen zgjidhur në përgatitjen e materialeve kompozite C/C me metodën e impregnimit në fazë të lëngshme. Viskoziteti i lartë dhe rendimenti i ulët i karbonizimit të impregnuesit janë një nga arsyet e rëndësishme për koston e lartë të materialeve kompozite C/C. Përmirësimi i performancës së impregnuesit jo vetëm që mund të përmirësojë efikasitetin e prodhimit të materialeve kompozite C/C dhe të ulë koston e tyre, por edhe të përmirësojë vetitë e ndryshme të materialeve kompozite C/C. Trajtimi antioksidues i materialeve kompozite C/C Fibra e karbonit fillon të oksidohet në 360°C në ajër. Fibra e grafitit është pak më e mirë se fibra e karbonit, dhe temperatura e saj e oksidimit fillon të oksidohet në 420°C. Temperatura e oksidimit të materialeve kompozite C/C është rreth 450°C. Materialet kompozite C/C oksidohen shumë lehtë në një atmosferë oksiduese me temperaturë të lartë, dhe shkalla e oksidimit rritet me shpejtësi me rritjen e temperaturës. Nëse nuk ka masa antioksiduese, përdorimi afatgjatë i materialeve kompozite C/C në një mjedis oksidues me temperaturë të lartë do të shkaktojë në mënyrë të pashmangshme pasoja katastrofike. Prandaj, trajtimi antioksidues i materialeve kompozite C/C është bërë një pjesë e domosdoshme e procesit të përgatitjes së tij. Nga perspektiva e teknologjisë antioksiduese, ajo mund të ndahet në teknologji të brendshme antioksiduese dhe teknologji të veshjes antioksiduese.

Faza e Avullit Kimik

Depozitimi kimik i avullit (CVD ose CVI) është depozitimi i karbonit direkt në poret e boshllëkut për të arritur qëllimin e mbushjes së poreve dhe rritjes së dendësisë. Karboni i depozituar është i lehtë për t'u grafituar dhe ka përputhshmëri të mirë fizike me fibrën. Ai nuk do të tkurret gjatë rikarbonizimit si metoda e impregnimit, dhe vetitë fizike dhe mekanike të kësaj metode janë më të mira. Megjithatë, gjatë procesit CVD, nëse karboni depozitohet në sipërfaqen e boshllëkut, ai do të parandalojë shpërndarjen e gazit në poret e brendshme. Karboni i depozituar në sipërfaqe duhet të hiqet mekanikisht dhe më pas duhet të kryhet një raund i ri depozitimi. Për produktet e trasha, metoda CVD gjithashtu ka vështirësi të caktuara, dhe cikli i kësaj metode është gjithashtu shumë i gjatë.