สาขาการประยุกต์ใช้ของวัสดุคาร์บอน/คอมโพสิตคาร์บอน

นับตั้งแต่การประดิษฐ์ขึ้นในทศวรรษ 1960 เป็นต้นมาวัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอน C/Cได้รับความสนใจอย่างมากจากอุตสาหกรรมการทหาร การบินและอวกาศ และพลังงานนิวเคลียร์ ในช่วงเริ่มต้น กระบวนการผลิตของวัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนการผลิตคาร์บอนคอมโพสิตนั้นซับซ้อน มีความยากลำบากทางเทคนิค และกระบวนการเตรียมใช้เวลานาน ต้นทุนการผลิตจึงสูงมาเป็นเวลานาน และการใช้งานก็จำกัดอยู่เฉพาะในส่วนที่มีสภาพการทำงานที่รุนแรง รวมถึงอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและสาขาอื่นๆ ที่ไม่สามารถทดแทนด้วยวัสดุอื่นได้ ปัจจุบัน การวิจัยคาร์บอนคอมโพสิตมุ่งเน้นไปที่การผลิตต้นทุนต่ำ การต้านทานการเกิดออกซิเดชัน และความหลากหลายของสมรรถนะและโครงสร้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เทคโนโลยีการเตรียมคาร์บอนคอมโพสิตประสิทธิภาพสูงและต้นทุนต่ำ การตกตะกอนด้วยไอสารเคมี (Chemical vapor deposition) เป็นวิธีการที่นิยมใช้ในการเตรียมคาร์บอนคอมโพสิตประสิทธิภาพสูงและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตทางอุตสาหกรรมผลิตภัณฑ์คอมโพสิต C/Cอย่างไรก็ตาม กระบวนการทางเทคนิคใช้เวลานาน ทำให้ต้นทุนการผลิตสูง การปรับปรุงกระบวนการผลิตวัสดุคอมโพสิตคาร์บอน/คาร์บอน และการพัฒนาวัสดุคอมโพสิตคาร์บอน/คาร์บอนที่มีต้นทุนต่ำ ประสิทธิภาพสูง ขนาดใหญ่ และโครงสร้างซับซ้อน เป็นกุญแจสำคัญในการส่งเสริมการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมของวัสดุนี้ และเป็นแนวโน้มการพัฒนาหลักของวัสดุคอมโพสิตคาร์บอน/คาร์บอน

เมื่อเปรียบเทียบกับผลิตภัณฑ์กราไฟต์แบบดั้งเดิมวัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนมีข้อดีที่โดดเด่นดังต่อไปนี้:

1) มีความแข็งแรงสูงขึ้น อายุการใช้งานยาวนานขึ้น และลดจำนวนการเปลี่ยนชิ้นส่วน ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานอุปกรณ์และลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา

2) ค่าการนำความร้อนต่ำลงและประสิทธิภาพการเป็นฉนวนความร้อนที่ดีขึ้น ซึ่งเอื้อต่อการประหยัดพลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพ

3) สามารถทำให้บางลงได้ เพื่อให้สามารถใช้อุปกรณ์ที่มีอยู่ในการผลิตผลิตภัณฑ์ผลึกเดี่ยวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น ซึ่งจะช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการลงทุนในอุปกรณ์ใหม่

4) มีความปลอดภัยสูง ไม่แตกหักง่ายเมื่อเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันซ้ำๆ

5) ความสามารถในการออกแบบที่แข็งแกร่ง วัสดุกราไฟต์ขนาดใหญ่ขึ้นรูปได้ยาก ในขณะที่วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนขั้นสูงสามารถขึ้นรูปได้ใกล้เคียงกับรูปทรงสุดท้าย และมีข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพที่ชัดเจนในด้านระบบสนามความร้อนของเตาหลอมผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่

ในปัจจุบัน การทดแทนชิ้นส่วนพิเศษผลิตภัณฑ์กราไฟต์เช่นกราไฟต์ไอโซสแตติกโดยวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนขั้นสูงมีรายละเอียดดังต่อไปนี้:

คุณสมบัติเด่นด้านความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและความทนทานต่อการสึกหรอของวัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอน ทำให้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบิน อวกาศ พลังงาน ยานยนต์ เครื่องจักร และสาขาอื่นๆ

การใช้งานเฉพาะเจาะจงมีดังต่อไปนี้:

1. สาขาการบิน:วัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนสามารถนำมาใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่ทนต่ออุณหภูมิสูง เช่น หัวฉีดไอพ่นของเครื่องยนต์ ผนังห้องเผาไหม้ ใบพัดนำทาง เป็นต้น

2. สาขาการบินและอวกาศ:วัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนสามารถนำมาใช้ในการผลิตวัสดุป้องกันความร้อนสำหรับยานอวกาศ วัสดุโครงสร้างสำหรับยานอวกาศ และอื่นๆ

3. สนามพลังงาน:วัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนสามารถนำมาใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ อุปกรณ์ปิโตรเคมี และอื่นๆ

4. สาขาอุตสาหกรรมยานยนต์:วัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนสามารถนำมาใช้ในการผลิตระบบเบรก คลัตช์ วัสดุเสียดทาน ฯลฯ

5. สาขาวิศวกรรมเครื่องกล:วัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-คาร์บอนสามารถนำมาใช้ในการผลิตตลับลูกปืน ซีล ชิ้นส่วนเครื่องจักรกล และอื่นๆ ได้