Composite Carbon-Carbon (C-C) nổi tiếng với các tính chất nhiệt đặc biệt, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe và nhiệt độ cao như linh kiện hàng không vũ trụ (ví dụ: đĩa phanh máy bay, vòi phun tên lửa, chóp mũi tàu vũ trụ tái nhập khí quyển) và lò công nghiệp.

Theo các chuyên gia vật liệu tại YHB ECO VINA, những tính chất này phụ thuộc rất nhiều vào quy trình sản xuất, loại sợi, hướng sợi và mật độ nền.

CÁC TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA COMPOSITE CARBON-CARBON

1. Độ Ổn Định Nhiệt Độ Cao Composite C-C giữ lại các tính chất cơ học và độ ổn định kích thước ở nhiệt độ cực cao, thường vượt quá 2000°C (3632°F) và thậm chí lên đến 3000°C (5432°F) trong môi trường không oxy hóa. Mức này cao hơn đáng kể so với hầu hết các kim loại và gốm sứ tiên tiến khác. Khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời của chúng là một lợi thế lớn, cho phép chúng chịu được những thay đổi nhiệt độ nhanh chóng và cực đoan mà không bị hư hại đáng kể.

2. Độ Dẫn Nhiệt Composite C-C có thể thể hiện một phạm vi độ dẫn nhiệt rộng, từ chất cách nhiệt tốt đến chất dẫn nhiệt xuất sắc, tùy thuộc vào quá trình chế tạo và cấu trúc vi mô của chúng. Khả năng "tùy chỉnh" độ dẫn nhiệt này là một lợi thế đáng kể.

• Tính dị hướng (Anisotropy): Độ dẫn nhiệt thường có tính dị hướng, nghĩa là nó thay đổi theo hướng đo.

  • Trong mặt phẳng (dọc theo hướng sợi): Các giá trị có thể dao động từ khoảng 10 W/(m·K) đến 233 W/(m·K). Các sợi được graphite hóa góp phần tạo nên độ dẫn nhiệt cao hơn trong mặt phẳng.

  • Theo chiều dày (vuông góc với hướng sợi): Các giá trị thường thấp hơn, dao động từ 2 W/(m·K) đến 21 W/(m·K).

• Sự phụ thuộc vào nhiệt độ: Độ dẫn nhiệt thường giảm khi nhiệt độ tăng, mặc dù các giá trị có thể khá ổn định ở nhiệt độ rất cao.

• So với các vật liệu khác: Trong khi một composite sợi carbon-epoxy đơn giản có thể có độ dẫn nhiệt thấp hơn nhôm 40 lần và thấp hơn thép 10 lần, các composite C-C tiên tiến (đặc biệt là những loại có nền được graphite hóa cao do YHB cung cấp) có thể đạt được độ dẫn nhiệt tương đương hoặc thậm chí vượt quá một số kim loại.

3. Hệ Số Giãn Nở Nhiệt (CTE) Composite C-C thường sở hữu hệ số giãn nở nhiệt rất thấp, nghĩa là chúng thể hiện những thay đổi kích thước tối thiểu khi chịu biến động nhiệt độ. Điều này góp phần vào độ ổn định kích thước tuyệt vời và khả năng chống sốc nhiệt của chúng.

• Tính dị hướng: Giống như độ dẫn nhiệt, CTE trong composite C-C thường có tính dị hướng.

• Trong hướng sợi, sợi carbon thậm chí có thể có CTE âm, nghĩa là chúng co lại nhẹ khi bị nung nóng. Tính chất độc đáo này, kết hợp với nền carbon, có thể dẫn đến CTE tổng thể rất thấp hoặc thậm chí gần bằng không trong các hướng nhất định.

• Các phạm vi điển hình cho CTE tuyến tính là từ khoảng −1 × 10⁻⁶ K⁻¹ đến +8 × 10⁻⁶ K⁻¹.

• CTE bị ảnh hưởng bởi loại sợi, cấu trúc dệt, mật độ nền và mức độ graphite hóa.

4. Nhiệt Dung Riêng Nhiệt dung riêng của composite carbon-carbon nhìn chung tương đương với than chì (graphite), đặc biệt là ở nhiệt độ trên 340 K. Các giá trị điển hình là khoảng 760 J/(kg·K) (0.18 BTU/(lb·°F)) ở nhiệt độ phòng, và có thể tăng lên theo nhiệt độ.

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH CHẤT NHIỆT

Các tính chất nhiệt của composite C-C không phải là các giá trị cố định mà thay đổi đáng kể dựa trên:

• Loại sợi và cấu trúc kiến trúc: Loại sợi carbon (ví dụ: gốc PAN, gốc hắc ín - pitch), hướng của chúng (đơn hướng, hai chiều, dệt đa hướng) và tỷ lệ thể tích đều đóng vai trò quan trọng. Các sợi có định hướng cao và được graphite hóa dẫn đến độ dẫn nhiệt cao hơn theo hướng sợi.

• Vật liệu nền (Matrix): Nền carbon, được hình thành qua các quá trình như thấm hơi hóa học (CVI) hoặc thấm pha lỏng (LPI) sau đó là nhiệt phân, ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất. Cấu trúc vi mô của nền (ví dụ: lớp thô, lớp mịn, carbon nhiệt phân đẳng hướng) ảnh hưởng đến độ dẫn nhiệt và CTE.

• Xử lý nhiệt Graphite hóa: Quá trình graphite hóa ở nhiệt độ cao (thường trên 2000°C) biến đổi carbon vô định hình thành than chì tinh thể, thường làm tăng độ dẫn nhiệt và mô đun đàn hồi.

• Mật độ và độ xốp: Mật độ cao hơn và độ xốp thấp hơn thường dẫn đến độ dẫn nhiệt được cải thiện và các tính chất nhất quán hơn.

• Giao diện sợi/nền: Một giao diện liên kết tốt tạo điều kiện cho truyền nhiệt và đóng góp vào hiệu suất nhiệt tổng thể của composite.

KẾT LUẬN

Tóm lại, composite carbon-carbon là vật liệu độc đáo với sự kết hợp của độ ổn định nhiệt độ cao, khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời và một phạm vi rộng các tính chất dẫn nhiệt và giãn nở nhiệt có thể tùy chỉnh, khiến chúng trở nên không thể thiếu cho các môi trường nhiệt khắc nghiệt.

Liên hệ tư vấn kỹ thuật và đặt hàng vật liệu C/C:

• CÔNG TY TNHH YHB ECO VINA

• Hotline/Zalo: 0936 168 882

• Email: sales@yhb.com.vn