Süsinikvarrukate töötlemine ja rakendused
Süsinikvarrukad (grafiidihülsid/süsinikkiust varrukad) on torukujulised komponendid, mis on valmistatud suure jõudlusega süsinikupõhistest materjalidest, millel on omadused nagu kõrge temperatuuriga vastupidavus, korrosioonikindlus ja kõrge termiline/elektrijuhtivusega., mida kasutatakse laialt levinud tööstuses, nagu ka töötlemata tööstuses, ja uue energia töötlemisel, ja uue energia töötlemisel, ja uue energia töötlemisel. Võtmerakenduse valdkonnad .
I . süsinikvarrukate töötlemine
1. tooraine valik
Grafiidhülsid: Valmistatud suure puiduga grafiidist (tuha sisu<0.5%) or isostatic graphite (isotropic).
Süsinikkiust varrukad: Kasutage PAN-põhist või pigipõhist süsinikkiudu Prepreg (e . g ., t300/t700 klass) .
2. võtme tootmisprotsessid
(1) grafiidihülsi töötlemine
|
Töötlemise samm |
Kirjeldus |
Peamised parameetrid |
|
Tooraine ettevalmistamine |
Nafta/nõelakoksi kaltsineerimine → purustamine ja sõelumine (optimeeritud osakeste suuruse jaotus) |
Osakeste suhe: jäme/keskmine/peen=4: 3: 3 |
|
Moodustamine |
Ekstrusioon (torukujulised vormid) või isostaatiline pressimine (keerulised struktuurid) |
Rõhk: 50–100 MPa (isostaatiline) |
|
Küpsetamine |
Aeglane kuumutamine kuni 800–1200 kraadi kaitses atmosfääris sideaine karboniseerimiseks |
Tsükli aeg: 15–30 päeva |
|
Graafimine |
Elektriline kuumutamine temperatuurini 2500–3000 kraadi kristalse grafiidi muundamise jaoks |
Takistus: vähem või võrdne 10 μΩ · m |
|
Töötlemine |
CNC täpne pöörde/lihvimine (ID tolerants ± 0,05 mm) |
Pinna karedus: RA on vähem või võrdne 1,6 μm |
(2) Süsinikkiust varruka töötlemine
|
Töötlemise samm |
Kirjeldus |
Peamised parameetrid |
|
Prepreg Prep |
Epoksü/fenoolvaiguga immutatud süsinikkiud (vaigu sisaldus: 40–50%) |
Kiudude orientatsioon: 0 kraad /90 kraadi või ± 45 kraadi koondamine |
|
Toru moodustamine |
Hõõgniidi mähis või pultsioon (pidev kiudaine tugevdus) |
Kõvenemise temp: 120–180 kraadi (autoklaav) |
|
Järeltöötlus |
Kõrgtemperatuuriga karboniseerimine (1000–1500 kraad) või grafitiseerimine (valikuline) |
Tihedus: suurem või võrdne 1,6 g/cm³ |
Ii . süsinikvarrukate põhirakendused
1. kõrgtemperatuuriga tööstusseadmed
Pooljuhtide tööstus:
Thermal field sleeves for monocrystalline silicon growth furnaces (CZ furnaces), withstanding >2000 kraad .
SIC epitaksiaadmete gaasivoolutorud .
Fotogalvaaniline tööstus:
Polysilicon valuvahjude ahjude isoleerivad varrukad, vähendades soojuskadu .
2. kosmose
Raketimootorid:
Düüsi kurgu vooderdised (grafiidihülsid), vastupidavad ablatsiooni ja mööduvate 3000 -kraadiste temperatuuride suhtes .
Satelliitstruktuurid:
Süsinikkiust varrukad kergete tugiraamide jaoks (suurem tugevuse ja kaalu suhe kui alumiinium) .
3. Uus energia- ja keemiatööstus
Kütuseelemendid:
Grafiit-bipolaarne plaadi voolu väljatorud (juhtivad/korrosioonikindlad) .
Tuumatööstus:
Süsinikvarrukad kõrge temperatuuriga gaasijahutusega reaktorites, mis on neutronide moderaatorite ja konstruktsioonikomponentidena .
4. muud väljad
Meditsiiniseadmed:
Röntgeniga Masina pöörlev anoodi tugitorud (kõrge soojusjuhtivus, kiirguskindel) .
Täiustatud tootmine:
Kaitsehülsid kütteelementide jaoks vaakumiga paagutusahjudes .
III . jõudluse eelised ja väljakutsed
1. eelised
|
Omand |
Grafiidhülsid |
Süsinikkiust varrukad |
|
Kuumakindlus |
Vähem või võrdne 3000 kraadi (inertne atmosfäär) |
Vähem või võrdne 2000 kraadi (koos antioksüdatsiooni kattega) |
|
Soojusjuhtivus |
100–150 W/(m·K) |
5–50 W/(m · k) (aksiaalne) |
|
Tugevus |
Survetugevus, mis on suurem kui 80 MPa |
Tõmbetugevus, mis on suurem kui 2000 MPa |
2. väljakutsed
Grafiidhülsid: Habras, töötlemise ajal hakkimisele (vajab teemantriistu) .
Süsinikkiust varrukad: Madal interlaminaarse nihketugevus, mis nõuab optimeeritud kiudude koostamise kujundust .
Iv . tulevased suundumused
1,Hübridisatsioon:
Grafiit + süsinikkiust komposiitkujundused (E . g ., süsinikkiust tugevdatud grafiidihülsid) .
2,Täppismahhanimine:
Laser/ultraheli lõikamine keerukate geomeetriate jaoks .
3,Kulude vähendamine:
Hakitud süsinikkiust suruvormimine odavamalt süsinikkiust varrukatele .
Järeldus
Süsinikvarrukad on ekstreemsetes keskkondades asendamatud nende ainulaadsete omaduste tõttu .Valikujuhised:
Kõrge temp/juhtivuse vajadused→ suure puiduga grafiidihülsid
Kerge/kõrge tugevus→ süsinikkiust varrukad
Keerulised kujundid→ tähtsustage süsinikkiust hõõgniidi mähist