Углерод җепселләреннән ясалган композит материалларны әзерләү процессы

Углерод-углеродлы композит материалларга гомуми күзәтү

Углерод/углерод (C/C) композит материалыюгары ныклык һәм модуль, җиңел чагыштырма авырлык, кечкенә җылылык киңәю коэффициенты, коррозиягә чыдамлык, җылылык бәрелүенә чыдамлык, яхшы ышкылуга чыдамлык һәм яхшы химик тотрыклылык кебек берничә искиткеч үзенчәлеккә ия булган углерод җепселләре белән ныгытылган композит материал. Бу яңа төрдәге ультра югары температуралы композит материал.

C/C композит материалыбик яхшы җылылык структурасы-функциональ интеграцияләнгән инженерлык материалы. Башка югары нәтиҗәле композит материаллар кебек үк, ул җепсел белән ныгытылган фазадан һәм төп фазадан торган композит структура. Аерма шунда ки, ныгытылган фаза да, төп фаза да махсус үзлекләргә ия саф углеродтан тора.

Углерод/углерод композит материалларынигездә, углерод киездән, углерод тукымасыннан, арматура буларак углерод җепселләреннән һәм матрица буларак парга урнаштырылган углеродтан ясала, ләкин аның бер генә элементы бар, ул - углерод. Тыгызлыкны арттыру өчен, карбонлаштыру нәтиҗәсендә барлыкка килгән углерод углерод белән тутырыла яки сумала (яки асфальт) белән тутырыла, ягъни углерод/углерод композит материаллары өч углерод материалыннан ясала.

Углерод-углерод композит материалларын җитештерү процессы

1) Углерод җепселләрен сайлау

Углерод җепселләре бәйләмнәрен сайлау һәм җепсел тукымаларның структура дизайны җитештерүнең нигезе булып тораC/C композитC/C композитларының механик һәм термофизик үзлекләрен җепсел төрләрен һәм тукыма үрү параметрларын рациональ сайлау юлы белән билгеләргә мөмкин, мәсәлән, җеп бәйләме урнашу юнәлеше, җеп бәйләме аралыгы, җеп бәйләме күләме һ.б.

2) Углерод җепселләреннән ясалган преформа әзерләү

Углерод җепселләрен алдан формалаштыру дип, тыгызлаштыру процессын башкару өчен, продукт формасына һәм эш таләпләренә туры китереп, җепселнең кирәкле структураль формасына формалаштырылган бушлыкны атыйлар. Алдан формалаштырылган структураль детальләр өчен өч төп эшкәртү ысулы бар: йомшак тукыма, каты тукыма һәм йомшак һәм каты катнаш тукыма. Төп тукыма процесслары: коры җеп тукыма, алдан сеңдерелгән таяк төркемнәре урнаштыру, нечкә тукыма тишелүе, җепселләрне урату һәм өч үлчәмле күп юнәлешле гомуми тукыма. Хәзерге вакытта C композит материалларында кулланыла торган төп тукыма процессы - өч үлчәмле гомуми күп юнәлешле тукыма. Туку процессы барышында барлык тукыма җепселләре билгеле бер юнәлештә урнаштырыла. Һәр җепсел үз юнәлеше буенча билгеле бер почмакта тайпыла һәм бер-берсе белән үрелеп, тукыма барлыкка китерә. Аның үзенчәлеге шунда ки, ул өч үлчәмле күп юнәлешле гомуми тукыма барлыкка китерә ала, бу C/C композит материалының һәр юнәлешендәге җепселләрнең күләм эчтәлеген нәтиҗәле контрольдә тота ала, шуңа күрә C/C композит материалы барлык юнәлешләрдә дә тиешле механик үзлекләр күрсәтә ала.

3) C/C тыгызлаштыру процессы

Тыгызлану дәрәҗәсе һәм нәтиҗәлелеге, нигездә, тукыма структурасына һәм төп материалның процесс параметрларына бәйле. Хәзерге вакытта кулланыла торган процесс ысулларына импрегнацияләү карбонизациясе, химик пар утырту (CVD), химик пар инфильтрациясе (CVI), химик сыеклык утырту, пиролиз һәм башка ысуллар керә. Процесс ысулларының ике төп төре бар: импрегнацияләү карбонизациясе процессы һәм химик пар инфильтрациясе процессы.

Сыек фазалы импрегнация-карбонизация

Сыек фазалы импрегнация ысулы җиһазлар ягыннан чагыштырмача гади һәм киң кулланыла, шуңа күрә сыек фазалы импрегнация ысулы C/C композит материалларын әзерләү өчен мөһим ысул булып тора. Ул углерод җепселләреннән ясалган преформаны сыек импрегнациягә батырудан һәм импрегнациянең басым ярдәмендә преформа бушлыкларына тулысынча үтеп керүен тәэмин итүдән гыйбарәт, аннары кату, карбонлаштыру һәм графитлаштыру кебек берничә процесс аша ниһаять...C/C композит материалларыАның кимчелеге шунда ки, тыгызлык таләпләренә ирешү өчен кабатланган импрегнация һәм карбонизация цикллары кирәк. Сыек фазалы импрегнация ысулында импрегнациянең составы һәм структурасы бик мөһим. Ул тыгызлаштыру нәтиҗәлелегенә генә түгел, ә продуктның механик һәм физик үзлекләренә дә тәэсир итә. Сыек фазалы импрегнация ысулы белән C/C композит материалларын әзерләүдә импрегнациянең карбонизация нәтиҗәлелеген арттыру һәм импрегнациянең ябышлыгын киметү һәрвакыт хәл ителергә тиешле төп мәсьәләләрнең берсе булып тора. Импрегнациянең югары ябышлыгы һәм түбән карбонизация нәтиҗәлелеге C/C композит материалларының югары бәясенең мөһим сәбәпләренең берсе. Импрегнациянең эшчәнлеген яхшырту C/C композит материалларының җитештерү нәтиҗәлелеген арттырырга һәм аларның бәясен киметергә генә түгел, ә C/C композит материалларының төрле үзлекләрен дә яхшыртырга мөмкин. C/C композит материалларын антиоксидант эшкәртү Углерод җепселләре һавада 360°C температурада оксидлаша башлый. Графит җепселләре углерод җепселләренә караганда бераз яхшырак, һәм аның оксидлашу температурасы 420°C температурада оксидлаша башлый. C/C композит материалларының оксидлашу температурасы якынча 450°C тәшкил итә. C/C композит материаллары югары температуралы оксидлашу атмосферасында бик җиңел оксидлаша, һәм температура арткан саен оксидлашу тизлеге тиз арта. Әгәр антиоксидант чаралар күрелмәсә, C/C композит материалларын югары температуралы оксидлашу мохитендә озак вакыт куллану һичшиксез катастрофик нәтиҗәләргә китерәчәк. Шуңа күрә C/C композит материалларын антиоксидант эшкәртү аны әзерләү процессының аерылгысыз өлешенә әйләнде. Антиоксидлашу технологиясе күзлегеннән караганда, аны эчке антиоксидант технологиясе һәм антиоксидант каплау технологиясенә бүлергә мөмкин.

Химик пар фазасы

Химик пар белән каплау (CVD яки CVI) - бушлыкның тишекләренә турыдан-туры углеродны каплау, бу тишекләрне тутыру һәм тыгызлыкны арттыру максатына ирешү. Капланган углеродны графитлаштыру җиңел һәм җепсел белән яхшы физик туры килүчәнлеккә ия. Ул импрегнация ысулы кебек кабат карбонлаштыру вакытында кимерми, һәм бу ысулның физик һәм механик үзлекләре яхшырак. Ләкин, CVD процессында, әгәр углерод бушлык өслегенә капланса, ул газның эчке тишекләргә таралуына комачаулый. Өслеккә капланган углеродны механик рәвештә алып ташларга кирәк, аннары яңа катлауландыру этабы үткәрелергә тиеш. Калын продуктлар өчен CVD ысулының да билгеле бер кыенлыклары бар, һәм бу ысулның циклы да бик озын.