Преглед угљен-угљеничних композитних материјала
Карбон/карбон (C/C) композитни материјалје композитни материјал ојачан угљеничним влакнима са низом одличних својстава као што су висока чврстоћа и модул еластичности, мала специфична тежина, мали коефицијент термичког ширења, отпорност на корозију, отпорност на термички удар, добра отпорност на трење и добра хемијска стабилност. То је нови тип композитног материјала за ултра високе температуре.
C/C композитни материјалје одличан инжењерски материјал интегрисан са термичком структуром и функционалношћу. Као и други високоперформансни композитни материјали, то је композитна структура састављена од фазе ојачане влакнима и основне фазе. Разлика је у томе што су и ојачана и основна фаза састављене од чистог угљеника са посебним својствима.
Карбон/карбон композитни материјалиУглавном се праве од угљеничног филца, угљеничне тканине, угљеничних влакана као арматуре и угљеника депонованог паром као матрице, али имају само један елемент, а то је угљеник. Да би се повећала густина, угљеник генерисан карбонизацијом се импрегнира угљеником или импрегнира смолом (или асфалтом), односно, композитни материјали угљеник/угљеник су направљени од три угљенична материјала.
Процес производње угљен-угљеничних композитних материјала
1) Избор угљеничних влакана
Избор снопова угљеничних влакана и структурни дизајн влакнастих тканина су основа за производњуC/C композитМеханичка својства и термофизичка својства C/C композита могу се одредити рационалним одабиром врста влакана и параметара ткања тканине, као што су оријентација распореда снопова пређе, размак између снопова пређе, запремина снопа пређе итд.
2) Припрема преформе од угљеничних влакана
Преформа од угљеничних влакана односи се на бланк који се обликује у потребан структурни облик влакана према захтевима облика производа и перформанси како би се спровео процес згушњавања. Постоје три главне методе обраде за преформиране структурне делове: меко ткање, тврдо ткање и мешано ткање меког и тврдог. Главни процеси ткања су: ткање сувом пређом, распоред претходно импрегнираних група штапова, фино ткање, бушење, намотавање влакана и тродимензионално вишесмерно целокупно ткање. Тренутно, главни процес ткања који се користи код Ц композитних материјала је тродимензионално вишесмерно целокупно ткање. Током процеса ткања, сва ткана влакна су распоређена у одређеном правцу. Свако влакно је померено под одређеним углом дуж свог правца и испреплетено је једно са другим да би се формирала тканина. Његова карактеристика је да може да формира тродимензионалну вишесмерну целокупну тканину, која може ефикасно да контролише запремински садржај влакана у сваком правцу Ц/Ц композитног материјала, тако да Ц/Ц композитни материјал може да показује разумна механичка својства у свим правцима.
3) Процес згушњавања C/C
Степен и ефикасност згушњавања углавном су под утицајем структуре тканине и параметара процеса основног материјала. Тренутно коришћене методе процеса укључују импрегнацију карбонизације, хемијско таложење из паре (CVD), хемијску инфилтрацију из паре (CVI), хемијско течно таложење, пиролизу и друге методе. Постоје две главне врсте метода процеса: процес импрегнације карбонизације и процес хемијске инфилтрације из паре.
Импрегнација-карбонизација течне фазе
Метода импрегнације у течној фази је релативно једноставна у погледу опреме и има широку примену, тако да је метода импрегнације у течној фази важна метода за припрему C/C композитних материјала. Састоји се од урањања преформе направљене од угљеничних влакана у течни импрегнант, након чега се импрегнант потпуно продре у шупљине преформе под притиском, а затим се кроз низ процеса као што су очвршћавање, карбонизација и графитизација коначно добија...C/C композитни материјалиЊегова мана је што су потребни поновљени циклуси импрегнације и карбонизације да би се постигли захтеви за густину. Састав и структура импрегнанта у методи импрегнације у течној фази су веома важни. То не утиче само на ефикасност згушњавања, већ утиче и на механичка и физичка својства производа. Побољшање приноса карбонизације импрегнанта и смањење вискозности импрегнанта су увек били једно од кључних питања која треба решити у припреми C/C композитних материјала методом импрегнације у течној фази. Висока вискозност и низак принос карбонизације импрегнанта су један од важних разлога за високу цену C/C композитних материјала. Побољшање перформанси импрегнанта не само да може побољшати ефикасност производње C/C композитних материјала и смањити њихову цену, већ и побољшати различита својства C/C композитних материјала. Антиоксидациони третман C/C композитних материјала Угљенична влакна почињу да оксидују на 360°C на ваздуху. Графитна влакна су нешто боља од угљеничних влакана, а њихова температура оксидације почиње да оксидује на 420°C. Температура оксидације C/C композитних материјала је око 450°C. C/C композитни материјали се веома лако оксидују у оксидативној атмосфери високе температуре, а брзина оксидације брзо расте са повећањем температуре. Ако се не предузму мере против оксидације, дуготрајна употреба C/C композитних материјала у оксидативном окружењу високе температуре неизбежно ће изазвати катастрофалне последице. Стога је антиоксидациони третман C/C композитних материјала постао неопходан део процеса њихове припреме. Са становишта технологије антиоксидације, може се поделити на технологију унутрашње антиоксидације и технологију антиоксидационог премазивања.
Хемијска парна фаза
Хемијско наношење паром (CVD или CVI) је наношење угљеника директно у поре бланка како би се постигла сврха попуњавања пора и повећања густине. Нанети угљеник се лако графитизује и има добру физичку компатибилност са влакнима. Неће се скупљати током рекарбонизације као код методе импрегнације, а физичка и механичка својства ове методе су боља. Међутим, током CVD процеса, ако се угљеник нанесе на површину бланка, то ће спречити дифузију гаса у унутрашње поре. Угљеник нанесен на површину треба механички уклонити, а затим извршити нови круг наношења. За дебеле производе, CVD метода такође има одређене потешкоће, а циклус ове методе је такође веома дуг.
Време објаве: 31. децембар 2024.