CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN
1.2. Vật liệu compozit cacbon-cacbon
1.2.3. Tính chất vật liệu compozit cacbon-cacbon
Tính chất của vật liệu compozit cacbon-cacbon thay đổi trong một dải rất rộng, phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: tính chất của vật liệu nền, cốt sợi, khả năng liên kết giữa cốt và nền, điều kiện tẩm nhựa, đóng rắn, cacbon hóa, graphit hóa, điều kiện lắng đọng pirocacbon cũng nhƣ số lƣợng lặp lại chu trình tẩm nhựa. Ngoài ra, cũng phải kể đến ảnh hƣởng của cấu trúc phơi sợi đến tính chất của compozit. Khối lƣợng riêng của vật liệu compozit cacbon-cacbon phụ thuộc vào các yếu tố kể trên nằm trong khoảng 1,35÷2,0 g/cm3. Bảng 1.4 trình bày tính chất đặc trƣng của một số vật liệu compozit cacbon-cacbon sản xuất tại Liên bang Nga.
Khác hẳn những vật liệu compozit khác, vật liệu compozit cacbon-cacbon có một số tính chất cơ lý tốt lên khi nhiệt độ tăng. Điều này đƣợc giải thích là do sự tích thốt nội ứng suất nhờ tính dẻo của vật liệu tăng khi tăng nhiệt độ và khả năng tự khắc phục lỗi khuyết tật của vật liệu khi tăng nhiệt.
Bảng 1.4. Tính chất của một số vật liệu compozit cacbon-cacbon [2, 115, 139]
Phƣơng pháp công nghệ chế tạo pha nền cacbon;
loại cốt sợi Khối lƣợng riêng, g/cm3 Độ bền kéo, MPa Độ bền nén, MPa Hệ số dãn nở nhiệt α.106 , 1/K Cấu trúc cốt; dạng nền Lắng đọng cacbon từ pha khí; sợi mơ đun đàn hồi
cao
1,75 70,5 200,0 2÷3 3D;
Piro-cacbon Phƣơng pháp pha lỏng áp
lực thấp; sợi mô đun đàn hồi thấp
1,50 80,0 185,5 6,0
Cốt vải; Nhựa phenolic Phƣơng pháp pha lỏng môi
trƣờng khử oxy; sợi mô đun đàn hồi cao
1,70 91,0 99,0 2,6
Cốt vải; Nhựa phenolic Lắng đọng cacbon từ pha
khí, sợi mơ đun đàn hồi cao
1,80 100,0 200,0 4,0 4D; Piro-
Hình 1.13. Sự phụ thuộc độ bền kéo của compozit cacbon-cacbon 3D vào nhiệt độ
(1 - theo hướng x; 2 - theo hướng z) [140]
Hình 1.13 cho thấy độ bền kéo của compozit 3D đƣợc tăng lên rõ rệt theo hƣớng z và x (vật liệu 3D đang xét có các sợi cốt theo tỷ lệ x:y:z = 2:2:3 và khoảng cách giữa các dảnh sợi là 0,75 mm).
Bảng 1.5. Tính chất của compozit cacbon-cacbon chế tạo bằng các
phƣơng pháp tạo pha nền khác nhau [2, 138, 139]
Các đặc trƣng cơ lý Phƣơng pháp pha khí Phƣơng pháp kết hợp
x xy z xy Khối lƣợng riêng, g/cm3 1,6÷1,7 1,8÷1,9 Độ bền, MPa, khi Kéo 70 70 110 70 Uốn 50÷80 50÷80 60 40 Nén 50÷80 50÷80 100-120 100-120
Mơ đun đàn hồi, MPa, khi
Kéo 50÷70 50÷70 120 70
Uốn 13÷50 13÷50 - -
Nén
Hệ số dãn nở nhiệt, 106 1/K 3 3 4 4
Độ dẫn nhiệt ở 21°C, W/(m.K) - 10 - 10
Khi xem xét những yếu tố ảnh hƣởng đến tính chất của vật liệu CCC phải kể đến ảnh hƣởng của phƣơng pháp chế tạo vật liệu. Bảng 1.5 trình bày những tính
chất đặc trƣng của vật liệu CCC chế tạo bằng phƣơng pháp pha khí và phƣơng pháp kết hợp, phơi sợi đƣợc dệt từ sợi cacbon trên cơ sở PAN.
Hình 1.14 trình bày sự phụ thuộc của hệ số dãn nở nhiệt và hệ số dẫn nhiệt của vật liệu compozit cacbon-cacbon 3D vào nhiệt độ [2, 12, 140].
Hình 1.14. Sự phụ thuộc của hệ số dãn nở nhiệt (a) và độ dẫn nhiệt (b) của vật liệu
compozit cacbon-cacbon 3D vào nhiệt độ (1 - lý thuyết; 2 - thực nghiệm)