Povestea din Saptamana
Carbon este element important pentru toate lucrurile vii de pe pamant si multiplele sale forme sunt utilizate in diferite aspecte ale activitatii umane, din cauza caracteristice sale extraordinare. Acesta este combinat cu alte elemente sau prin ea insasi pentru a forma de inalta performanta materiale structurale de carbon. Acestea includ materiale clasice de carbon (de exemplu allotropes de carbon), cum ar fi diamant, grafit si carbon amorf la materiile de carbon recent dezvoltate, cum ar grafit de inalta densitate izotrop, fibre de carbon de inalta performanta, fullerene, nanotuburi de carbon (CNTs), carbon / carbon compozite (CC), etc In plus, prin utilizarea cat mai buna a proprietatilor teoretice de carburi, versiuni mai noi inca de carburi, in special CC avansate sunt in curs de dezvoltate cu o ameliorare in proprietati din cauza importantei lor tehnologice in aplicatii cum ar fi sectoarele de inalta tehnologie nucleara, energie spatiu,, etc [ 1]. CSC sunt in esenta o clasa generica de materiale sintetice, carbon pur constand din fibre de carbon armat intr-o matrice de carbon. Asa cum sa mentionat anterior, aceste versiuni sunt cele mai avansate de carbon, ca armare fibre de carbon le face mai puternice, mai dure si mai rezistente la soc termic decat grafit in vrac. Cu o densitate scazuta de carbon, rezistenta specifica (concentratie / densitate), modulul specifice (modulul / densitate) si conductivitate termice specifice (conductibilitate termica / densitate) a CSC sunt printre cele mai mari compozite. In plus, coeficientul de dilatare termica este de ~ zero si sa-si pastreze rezistenta la temperaturi ridicate (3000 ° C) in non-oxidante atmosfera. Astfel, combinatia dintre proprietatile mentionate mai sus face CC mai de preferat decat orice alte materiale de inginerie in managementul termic ridicat [1]. Fig. 1 descrie variatia de rezistenta specifica de CC cu cea a altor materiale de inginerie in raport cu temperatura. In acest, crestere de rezistenta mecanica a CC cu temperatura este vazuta in contrast cu puterea de materiale de inginerie. Acest comportament este de asteptat ca urmare a schimbarilor in morfologia de constitutive a CSC in timpul expunerii lor la temperaturi ridicate [1].
Figura 1. Variatia de rezistenta a materialelor de inginerie cu temperatura Prelucrare Venind la fabricarea de CSC, acest lucru se realizeaza prin trei metode principale [1], si anume (a) faza de piroliza solida folosind rasini termorigide, (b) de piroliza faza lichida cu ajutorul smoala, si (c) infiltrare chimica din vapori (CVI) tehnica utilizarea gazelor de hidrocarburi. Primele doua metode de a incepe cu pregatirea unui rasina sau gudron-matrice-matrice compozite folosind armare de carbon, care sunt derivate din precursorii diferite, cum ar fi polyacrylonotrile (PAN) sau smoala, si sunt disponibile in comert ca de inalta rezistenta (HT), de inalta modulului ( HM) si modulul intermediare (IM), fibre, cu diferite proprietati fizice si mecanice. Mai mult, acestea sunt disponibile in forme taiate, continua si tesute. Cele mai recente sunt, de asemenea, disponibile de la doua la dimensiuni mai mari, dimensiuni si sunt utilizate pe scara larga in compozitele avansate. Odata ce compozite rasina sau smoala pe baza sunt gata, ulterior, carbonizare (de incalzire la 1000-1500 ° C, intr-o atmosfera inerta) de rasina sau smoala se face pentru a forma o matrice de carbon sub presiune normala sau crescuta (de exemplu folosind apasati izostatice la cald) conditii. Dupa carbonizare, porozitatea este substantiala in matricea de carbon si este eliminata prin procesul de densificare. In acest, pasii ulteriori de impregnare si cicluri de carbonizare sunt urmate de utilizarea rasina sau smoala. Patru pana la sase astfel de impreganation-carbonizare cicluri se repeta in scopul de a reduce porozitatea la un nivel acceptabil. Grafitizare (de la 2000 la 3100 de incalzire ° C, intr-o atmosfera inerta), pot urma (de obicei, in ciclul final), in scopul de a dezvolta matrice grafit. Cu toate acestea, acest lucru este un pas costisitoare, unele sau toate de cicluri de impregnare-carbonizare pot fi inlocuite cu tehnica CVI, in care o infiltrate de gaze carbonice compozite si descompune pentru a forma de carbon, dar acesta este un proces de consumatoare de timp. Mai mult, efectele atat carbonizare si grafitizare privind proprietatile CC fabricate pe cai diferite sunt evidentiate in paragraful urmator. In functie de temperatura de carbonizare / grafitizare, matricea de carbon care rezulta poate varia de la amorf la grafit. Structura amorfa este semi-cristalin sau aleatoriu orientate in natura, care pot sa aresteze propagarea fisurilor si creste, astfel, puterea de compozite. In grafit, matricea este cristalin, care este responsabil pentru proprietatile termice si electrice de inalta, si mai mare rezistenta la oxidare, dar mai fragil compozite. Printre precursori mentionat, termorigide ruta rasina rezultate matrice amorfa, care poate fi grafitate prin incalzire mai mult de 3000 ° C. Intrucat, BCV / rute pas arata cele de dezvoltare a structurii cristaline la intervalul de temperatura mai mica in comparatie cu cea din termorigide traseu rasina. In plus, interfata fibra / matrice, de asemenea, joaca un rol semnificativ asupra parametrilor de fabricatie, cum ar fi temperatura de tratament termic (HTT), numarul de cicluri densifications, precum si cu privire la securizare si alte proprietati ale CC [1]. Asa cum este vasta, este dificil sa acopere toate lucrurile. Cu toate acestea, numai aspecte cruciale sunt discutate dupa cum urmeaza. Interfata puternica intre fibre si HT termorigide precursor rasina poate duce la matrice a structurii de grafit in jurul valorii de fibre, care se obtine la temperaturi scazute HTT 2000 ° C, de asemenea, cunoscut sub numele de grafitizare stres. Acest lucru este de asteptat din cauza subliniaza generate in timpul fabricarii. Mai mult decat atat, grafitizare stres coreleaza interfata de fibra / matrice si imbunatateste proprietatile final al CC. In general, puterea de intermediar obligatiuni interfaciale este recomandat pentru CC dure ca si in cazul de compozite ceramice alte. Despre ciclurile densificarea, numarul poate fi minimizate prin utilizarea HM fibre, ceea ce face ca rezistenta scazuta de obligatiuni separatie si ajuta in densificarea efective in comparatie cu alt tip de fibre. In ultimii ani, CC a proprietatilor extrem de ridicate fizice si mecanice au fost elaborate si sunt in continuare sa fie dezvoltate folosind metode de fabricatie de mai sus. Acest lucru este realizat fie prin utilizarea intarituri de inalta performanta de carbon, cum ar fi fibre de carbon de vapori crescut (VGCF), CNTs adauga fibre / acoperite de carbon sau prin modificarea matrice de carbon cu adaos de carbon nanomaterialelor, cum ar fi negru de fum, praf de grafit, nanofibers de carbon, nano sfere, etc CNTs in precursori matrice de carbon [2]. Astfel, prin selectarea consolidarea de carbon cu proprietati controlate si a fractiunii de volum, si prin modificarea structurii de carbon din sistemele de matrice, CCS de densitati diferite in intervalul 1.6-2.0 g / cm 3, cu proprietati diferite mecanice, termice si electrice pot fi obtinute [1, 2]. Aplicatii Nucleara: CC din ce in ce sunt folosite pentru plasma-cu care se confrunta componente (PFC), in izolare magnetic-plasma-fuziune dispozitive din cauza lor avantaje suplimentare cum ar fi numar atomic mic, mic de activare, contaminare plasmatic scazut si capacitatea sa de a adapta cu alte materiale pentru a satisface componente specifice Cerinte de proprietate. Fig. 2 arata sectiunea transversala a reactoarelor de fuziune magnetic limitat, care evidentiaza trei PFC principale: primul perete, DEVIATOR, si limitator [3-5]. Mai mult, schimbatoare de caldura de reactoare avansate de sare topita, de asemenea, sunt fabricate de CC [6].
Figura 2. Sectiune transversala a reactoarelor de fuziune magnetic inchis Energie: CC de permeabilitate redusa, rezistenta la coroziune si rezistenta ridicata specifice sunt utilizate in realizarea de placi bipolare pentru schimb de protoni membrana (PEM) celule de combustibil [7]. Fig. 3 prezinta aranjament placa bipolare in stiva celule de combustibil.
Figura 3. Pilelor de combustie Space: Un avantaje cum ar fi SUPLIMENTARE caldura specifica mare, experienta buna de functionare si excelenta la temperaturi ridicate frecare si caracteristicile de uzura a CC a le face materiale potential in aplicatii speciale in tampoane frane de aer-meserii, sfaturi nas, marginile de conducere ale navetei, etc [ 1], asa cum se arata in Fig. 4.
Figura 4. (A) Sabote de meserii de aer, (b) varful nasului si (c) marginea de conducere ale navetei spatiale. ANEML ( Avansat Nano Ingineria Materialelor de laborator ) de grup, Departamentul de Inginerie Mecanica si Stiinta Materialelor Programul, la IITK, este dezvoltarea unei noi versiuni a CSC pentru aplicatii la temperaturi ridicate, in special pentru aplicatii nucleare si spatiale [8-11]. In aceasta lucrare, fibre de carbon sunt acoperite cu CNTs pentru a face performanta ridicat de carbon suprafata de inginerie, si folosindu-le ca de armare, CSC sunt fabricate prin metoda solida piroliza faza. Mai mult, aceste CC nou fabricate sunt caracterizate pentru a asigura atat proprietatile fizice si mecanice necesare pentru aplicatii finale. Mai multe detalii de activitatile de cercetare ale grupului ANEML condus de Dr. Kamal K. Kar pot fi gasite la http://home.iitk.ac.in/ ~ kamalkk / index.html Referinte:
Dr. Kamal K. Kar Published (Last edited): 08-09-2011
, source:
http://www.iitk.ac.in/infocell/iitk/newhtml/storyoftheweek42.htm
|
