Mchanganyiko wa kauri
Maelezo
Pamoja na maendeleo ya teknolojia ya maandalizi ya nyuzi na teknolojia nyingine zinazohusiana, mbinu za ufanisi za kuandaa nyenzo hizo zimeandaliwa hatua kwa hatua.Imefanya teknolojia ya utayarishaji wa Continuous-Fiber-Reinforced Ceramic Matrix Composite kukomaa zaidi na zaidi.Kwa sasa, Mchanganyiko wa Matrix ya Kauri Inayoendelea-Fiber-Imeimarishwa sana imetumika sana katika anga, ulinzi wa kitaifa na nyanja zingine.
Michanganyiko ya Matrix ya Kauri Inayoendelea-Nyuzi-Imeimarishwa imetumiwa sana katika nyanja ya anga.
Fiber ya kaboni ya silicon (SiCf) / misombo ya kauri ya silicon ya kauri (SiC) imekuwa kizazi kipya cha nyenzo zinazostahimili joto la juu kwa Aeroengines.Vipengele vya joto la juu vya injini ya aero-injini hasa hujumuisha chumba cha mwako, turbine ya juu au ya chini ya shinikizo na pua na kadhalika.Miongoni mwao, vipengele vya turbine ya shinikizo la juu au la chini hasa ni pamoja na vile vya mwongozo, vile vya rotor na pete za nje za turbine.Hapo awali, vipengele hivi vilifanywa hasa na superalloys.Kikomo chake cha upinzani cha joto kinadumishwa kwa takriban 1100 ℃.Hata hivyo, matumizi ya SiCf/SiC kauri composites matrix inaboresha upinzani joto ya vipengele injini hadi 1200 ~ 1350 ℃.Ubora wa vipengele vya composites za matrix ya kauri kawaida ni 1/4 hadi 1/3 mara ya superalloys.Hii sio tu inafanikisha uchumi wa mafuta, lakini pia inaboresha uchumi wa mafuta.
Mbinu kuu ya utayarishaji wa composites za SiCf/SiC ni pamoja na kupenyeza kwa mvuke wa kemikali (CVI), ngozi ya kuzamishwa kwa polima (PIP) na uwekaji wa silikoni (MI).Mnamo mwaka wa 2015, kampuni ya GE nchini Marekani ilipitisha mbinu ya kupenyeza kabla ya prepreg kuandaa composites za SiCf/SiC.Fiber za SiC zinaweza kubadilishwa kuwa bidhaa za kumaliza za sura yoyote chini ya siku 30.Kampuni ya GE imethibitisha sehemu ya kwanza duniani ya turbine yenye shinikizo la chini kwenye mashine ya uthibitishaji ya injini ya f414 turbofan.Hii inaonyesha kuwa composites ya matrix ya kauri iliyoimarishwa ya nyuzi inayoendelea ina matarajio mapana ya matumizi katika injini za anga na mitambo ya gesi.Mnamo Mei 2021, injini ya kwanza inayobadilika ya mzunguko wa xa100 ya Kampuni ya GE ilijaribiwa.Nyenzo za mchanganyiko wa matrix ya kauri hutumiwa sana katika injini hii, ambayo itatoa nguvu kwa mpiganaji wa kizazi cha sita cha Merika.Katika miaka ya 1980, Kikundi cha Safran nchini Ufaransa kilianza kutumia Mchakato wa CVI ili kuandaa blade za rota, vichanganyaji na koni za katikati zilizotengenezwa kwa nyenzo za mchanganyiko wa SiCf/SiC.Wamejaribiwa kwenye injini ya CFM56 kwenye jaribio la ardhini.Kwa kuongeza, vipengele vya pua pia vimethibitishwa kukimbia kwenye A320, A380 na ndege nyingine.Kupitishwa kwa uthibitisho wa kustahiki hewa kunaashiria ujio wa enzi ya kutumia vifaa vya mchanganyiko wa SiCf/SiC kwa vipengee vya halijoto ya juu vya injini za anga.
Mchanganyiko wa matrix ya kauri ni nyenzo muhimu za ulinzi wa mafuta kwa usalama wa ndege wa magari ya hypersonic.Kasi ya kukimbia ya gari la hypersonic ni kubwa kuliko au sawa na mara 5 ya kasi ya sauti.Katika safari hiyo ya kasi ya juu, ni muhimu kuhakikisha kuwa vipengele muhimu vya kimuundo vya gari havitaharibiwa kwa sababu ya msuguano mkali wa hewa na athari ya mtiririko wa hewa ya moto hadi 2000 ~ 3000 ℃.
Mchanganyiko wa Matrix ya Kauri Iliyoimarishwa na Nyuzi ina faida nyingi, kama vile utendaji bora wa halijoto ya juu, ugumu wa juu, nguvu mahususi za juu, moduli mahususi ya juu na uthabiti mzuri wa mafuta, ambayo inaweza kushinda kwa ufanisi unyeti wa nyufa na mshtuko wa joto.Pia ina maombi muhimu na soko pana katika uwanja wa ulinzi wa mafuta unaoweza kutumika tena.Kwa sasa, nyenzo za insulation za mafuta zinazojumuisha matrix ya kauri zimetengenezwa kutoka kwa nyenzo moja hadi mfumo mpya wa ulinzi wa joto unaochanganya vifaa na miundo.Wakati huo huo, pia inakua kutoka kwa muundo wa jadi wa ulinzi wa joto, insulation ya joto na kubeba mzigo tofauti hadi mwelekeo wa mwanga wa ulinzi wa joto, insulation ya joto na ushirikiano wa kubeba mzigo.
Mchanganyiko wa Matrix ya Kauri Iliyoimarishwa kwa Nyuzi ina sifa nyingi bora kama vile upinzani wa joto la juu, upinzani wa uondoaji wa hewa, nguvu ya juu, dielectri ya chini, hasara ya chini na kuegemea juu.Wanapaswa kuwa nyenzo muhimu ya radome, ambayo ni moja ya vikwazo na teknolojia ngumu katika maendeleo ya makombora mapya na ndege za kupambana.Kwa sasa, kuna composites hasa kama vile quartz, kauri za quartz zilizoimarishwa kwa nyuzinyuzi, kauri za nitridi za silicon zilizoimarishwa kwa nyuzi za quartz, keramik za nitridi za nitridi za silicon zilizoimarishwa na kadhalika.Zote zina sifa bora kamili kama vile upinzani wa joto la juu, upitishaji wa wimbi, kuzaa na kutolewa kwa joto na kadhalika.Katika kipindi cha 2016 hadi 2020, utafiti wa kauri za viwandani wa Shandong na Taasisi ya Ubunifu Co., Ltd., imefanya utafiti wa kimfumo juu ya kitambaa cha nyuzi za nitridi na mfumo wa nitridi iliyokatwa iliyoimarishwa ya silicon nitridi.Nyenzo za mchanganyiko zilizotengenezwa na kampuni zina upinzani bora wa uondoaji, mali bora ya dielectric na mali nzuri ya mitambo.Chini ya hali ya joto la juu na enthalpy, inaweza kuhimili joto la juu la 2700 ℃ na mtihani wa muda mrefu wa kuacha.Inapaswa kuwa kizazi kipya cha mawimbi ya kauri yanayosambaza nyenzo zenye mchanganyiko ambazo zinaweza kukidhi mahitaji ya kasi ya juu, uvumilivu wa muda mrefu, uondoaji mdogo na maambukizi ya wimbi la juu katika siku zijazo.
Imekua haraka katika uwanja wa kiraia.
Maombi katika mfumo wa breki
Mchanganyiko wa C/C-SiC umetumika katika mifumo ya breki, kwani nyenzo hiyo ina wiani mdogo, upinzani mzuri wa kuvaa, mgawo wa msuguano wa mara kwa mara na thabiti, upinzani wa mshtuko wa mafuta, upinzani wa oxidation na faida zingine.Aina hii ya diski ya breki ina uzani mwepesi, upinzani wa halijoto ya juu na uwezo maalum wa joto mara 2.5 kuliko chuma.Ikilinganishwa na mfumo wa kuvunja chuma, diski hii ya kuvunja inaweza kuokoa 40% ya uzito wa muundo.Maisha ya huduma ya diski ya kuvunja kaboni ni mara 5-7 ya msingi wa chuma.Hasa, torque yake ya kusimama ni thabiti na kelele ni ndogo wakati wa kuvunja.Mchanganyiko wa C/C-SiC diski ya kuvunja kaboni imetumika katika hali za vitendo.
Maombi katika biolojia
Nyenzo za mchanganyiko wa C/C ni nyenzo mpya inayowezekana ya matibabu, ambayo ina matarajio mazuri ya matumizi katika ukarabati wa mifupa ya binadamu na uingizwaji wa mfupa.Kwa sasa, nyenzo za mchanganyiko wa C/C zimetumika kwenye pelvis, utepe wa mfupa na sindano ya mfupa katika uwanja wa kliniki.Imeripotiwa pia kuwa nyenzo hii hutumiwa kama nyenzo ya ukarabati kwa sikio la kati la valves za moyo wa bandia.Pia imepata athari nzuri ya maombi ya kliniki katika mizizi ya bandia.
Maombi katika kipengele cha kupokanzwa
Jenereta ya joto ya grafiti ina nguvu kidogo, ni brittle na ngumu kusindika na kusafirisha.Nyenzo za mchanganyiko wa C / C zina faida za nguvu ya juu, ushupavu mzuri, upinzani wa joto la juu, na kadhalika.Nyenzo hii inaweza kupunguza kiasi cha joto la mwili, kupanua eneo la kazi na kadhalika.
Maombi katika uwanja wa ulinzi wa mazingira
Utafiti wa kauri za viwandani wa Shandong na Taasisi ya Ubunifu Co., Ltd., imefanikiwa kutengeneza aina mpya ya bomba la utando linalofanya kazi la nyuzi za kauri katika miaka ya hivi karibuni.Nyenzo hii ya mchanganyiko ni nyenzo ya utakaso wa gesi yenye halijoto ya juu ambayo hujumuisha utakaso wa chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe chembe za halijoto ya juu na kazi za utambuzi wa kichocheo, ambazo zinaweza kuondoa chembechembe za masizi na oksidi za nitrojeni kwa joto la juu (zaidi ya 250 ℃).nyenzo kama hizo zina faida za ufanisi mkubwa wa kuchuja, upinzani wa joto la juu, shughuli nzuri ya kichocheo cha hali ya juu ya joto, ufanisi wa juu wa ubadilishaji wa NOx, maisha marefu ya huduma na kadhalika.Usahihi wake wa kuchuja unaweza kukatiza chembe 0.1μm na utoaji wake wa chini kabisa ni 1mg/m³.Upinzani wake wa joto ni juu kama 650 ℃.Hasa, kiwango chake cha kuondolewa kwa oksidi ya nitrojeni kinaweza kufikia zaidi ya 97%.Utando unaofanya kazi wa nyuzi za kauri umetumika sana katika utakaso wa gesi yenye halijoto ya juu katika vifaa vya ujenzi, uchomaji moto, coking, uzalishaji wa nishati ya majani na nyanja zingine.
Hadi sasa, bado kuna matatizo mengi ya kiufundi ya kushinda.
Utafiti wa composites za matrix ya kauri nchini Uchina ulianza kuchelewa.Walakini, mafanikio makubwa yamepatikana katika miaka ya hivi karibuni.Kwa upande wa nyuzi za kauri zenye utendaji wa juu, nyuzi kuu kama vile silicon carbudi, oksidi ya alumini, nitridi ya silicon, nitridi na zingine zimepata mafanikio katika teknolojia ya uhandisi na ukuzaji wa viwanda.Teknolojia ya utayarishaji, teknolojia ya usindikaji, teknolojia ya uunganisho, teknolojia ya tathmini ya kuegemea na teknolojia ya matumizi ya composites ya matrix ya kauri imeboreshwa sana.Vipengele vingi vya aeroengines vimeundwa, kuendelezwa na kutathminiwa.Hata hivyo, bado kuna pengo kubwa katika kulinganisha na nchi zilizoendelea kama vile Ulaya, Amerika, Japan na kadhalika.Kwa upande wa uthibitishaji wa sehemu ya tathmini na matumizi, Uchina bado ni changa.Upeo wa maombi na muda wa tathmini limbikizi ni mdogo sana.Pia kuna pengo kubwa ikilinganishwa na utafiti wa maombi ya uhandisi wa kigeni.
Ili kutambua utumizi wa composites za matrix ya kauri katika vipengele vya halijoto ya juu vya injini za anga, kuna matatizo yafuatayo ya kiufundi yanayohitaji kutatuliwa hasa:
1) kuendeleza nyuzi za kauri za utendaji wa juu zinazowakilishwa na joto la juu na nyuzi za carbudi za gharama nafuu na teknolojia ya composite;
2) kuvunja kupitia carbudi ya silicon, oksidi ya alumini, nitridi ya silicon, nitridi ya boroni, nitrojeni ya boroni ya silicon na nyuzi nyingine na teknolojia ya maandalizi ya uhandisi imara ya mtangulizi wake;
3) kuendeleza teknolojia ya utengenezaji wa haraka na wa gharama nafuu wa composites ya matrix ya kauri;
4) kuvunja kupitia teknolojia muhimu katika mlolongo mzima wa viwanda wa composites za matrix ya kauri, na kufikia uratibu mzuri wa teknolojia zinazohusiana;
5) kuimarisha utafiti juu ya muundo wa ndani na utaratibu wa kushindwa kwa composites ya matrix ya kauri, na kuanzisha mfano wa utabiri wa maisha;
6) kuimarisha utafiti kwa upande wa maombi na kuanzisha mfumo wa tathmini na viwango;
Katika soko la sasa, mchanganyiko wa matrix ya kauri yenye mahitaji makubwa ya matumizi katika soko hasa ni pamoja na matrix ya kauri ya silicon carbide iliyoimarishwa (SiCf/SiC) na matrix ya kauri ya kaboni iliyoimarishwa ya silicon carbide (CF/SiC).Miongoni mwao, ya kwanza inachukuliwa kuwa mojawapo ya vifaa vya kuahidi zaidi kwa injini ya aero ya baadaye, ambayo pia ni nyenzo muhimu ya kuboresha utendaji wa injini ya aero.Katika siku zijazo, uwezo wa maendeleo wa soko la ndani la vifaa vya kauri ni kubwa.
Mchanganyiko wa Matrix ya Kauri (CMC)
Ufafanuzi
Mchanganyiko unaweza kugawanywa katika vikundi vitatu kulingana na substrates tofauti:
Mchanganyiko wa Matrix ya Polima (PMC)
Mchanganyiko wa Metal Matrix (MMC)
Mchanganyiko wa Matrix ya Kauri (CMC)
Miongoni mwao, matumizi ya PMC ina jukumu kubwa katika anga.Nyenzo za utungaji zilizotajwa zitahusishwa na masharti kama vile plastiki za kuweka joto, CFRP (nyuzi ya kaboni iliyoimarishwa kwa msingi wa polymer composite) na kadhalika.
