碳纤维增强陶瓷基复合材料
陶瓷具有优异的耐腐蚀性、耐磨性、耐高温性和化学稳定性,广泛应用于工业和民用产品。它的弱点是对裂纹、气孔和夹杂物等细微缺陷很敏感。
而碳纤维增强陶瓷基复合材料(CMC-Cf)在克服陶瓷材料脆性的同时,发挥了其比强度高、耐高温性能优异等优点,同时碳纤维作为增强相,实现了复合材料的轻量化并具有优良的力学性能、抗磨损性能和热传导性能,成为高温结构材料的研究热点。目前,CMC-Cf的基体主要有碳、碳化硅、微晶玻璃以及多元多层复合材料等。而在球拍、滑雪板、帆板桅杆、航海船体、垒球及棒球球棒产品中同样也可以看到碳纤维的身影。然而CMC-Cf在温度高于400℃时,一旦与氧化介质接触,碳纤维将被氧化,性能迅速下降,影响材料的整体性能和使用寿命。尽管碳纤维生产流程相对较短,但生产壁垒很高,其中碳纤维原丝的生产壁垒是难中之难,具体表现在碳纤维原丝的喷丝工艺、聚腈聚合工艺、腈与溶剂及引发剂的配比等。酚醛树脂虽然是老的一类热固性树脂,但由于他的原料易得,合成方便,以及酚醛树脂具有良好的机械强度和耐热性能,尤其是具有突出的瞬间耐高温烧蚀性能,(贺福。目前世界碳纤维技术主要掌握在日本的东丽公司、东邦Tenax集团和三菱人造丝集团,这三家企业技术严格保密,工艺难以外露,
而其他碳纤维企业均是处于成长阶段,生产工艺在摸索中不断完善。根据产品规格的不同,碳纤维目前被划分为宇航级和工业级两类,亦称为小丝束和大丝束。通常把48K以上碳纤维称为大丝束碳纤维,包括48K、60K、120K、360K和480K等。笔者采用该工艺试制出的碳纤维整体车架样件,表观质量尚可,但尺寸精度较差,工艺稳定性差。宇航级碳纤维初期以1K、3K、6K为主,逐渐发展为12K和24K,主要应用于和高技术,以及体育休闲用品,像飞机、、火箭、和钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍等。比如一架空客A380需耗用30吨碳纤维、一架
碳纤维材料的成型工艺方法及应用
碳纤维材料成型主要有两种,一种是热固化成型,一种是热塑型成型
。
热固化成型是指将碳纤维按不同方向、不同层数铺设出制品形状 ,在一定压力和温度下固化成型 .而复合材料成型工艺 ,较常见的有以下 5种 .
裱糊成型工艺
它是用手工将预浸料裱糊在模具上 ,然后固化成型 .此法的优点是工艺装备简单 ,手工完成比较复杂的操作 ,能加工出形状复杂的零件 ,适用于小批量生产 ;缺点是生产效率低
,劳动条件差 ,劳动强度大 .笔者采用该工艺试制出的碳纤维整体车架样件 ,表观质量尚可 ,但尺寸精度较差 ,工艺稳定性差 .
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