1. Definition und Zusammensetzung

Kohlefaserverbundwerkstoff Material ist ein leichtes, hochfestes Material, das durch die Kombination hochfester Kohlenstofffasern als Verstärkung mit Harz, Metall, Keramik oder anderen Materialien als Matrix durch Verbundprozesse entsteht.

2. Kernvorteile

Leicht: Mit einer Dichte von nur etwa 1,5 g·cm⁻³, was etwa einem Fünftel der Dichte von Stahl entspricht, reduziert es das Eigengewicht der Ausrüstung erheblich.
Hohe Festigkeit/hoher Modul: Seine Zugfestigkeit kann 3–7 GPa erreichen, und der Elastizitätsmodul liegt zwischen 200 und 700 GPa und übertrifft damit den von herkömmlichen Metallen bei weitem.
Hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit: Es bleibt bei Temperaturen über 200 °C strukturstabil und ist nahezu immun gegen korrosive Medien wie Säuren, Laugen und Salznebel.

3. Wert in der Wärmebehandlung

Ermöglicht es Ofenkörpern, Strahlungsrohren und Rollen, thermischen Zyklen ohne Verformung standzuhalten, wodurch die thermische Effizienz verbessert und der Energieverbrauch gesenkt wird.

Materialeigenschaften von Kohlenstofffasern (Festigkeit, Modul)

Was sind die Materialeigenschaften (Festigkeit und Modul) der Kohlefaser selbst?
1. Zugfestigkeit
Die Zugfestigkeit herkömmlicher hochfester Kohlenstofffasern liegt zwischen 3 und 5 GPa, und einige Hochmodultypen können 6 GPa überschreiten.
Spezifische Werte werden durch Fasertypen (z. B. PAN und Pech) und Nachbehandlungsprozesse beeinflusst, wobei die höchsten Werte 7 GPa überschreiten.

2. Elastizitätsmodul
Der Elastizitätsmodul von hochmoduligen Kohlenstofffasern liegt zwischen 350 und 700 GPa und ist damit viel höher als der von Stahl (200 GPa).
Dadurch wird gewährleistet, dass sich das Verbundmaterial unter Krafteinwirkung nahezu nicht nennenswert elastisch verformt, was die Maßhaltigkeit der Wärmebehandlungsvorrichtungen gewährleistet.

3. Dichte und spezifische Stärke
Mit einer Dichte von etwa 1,5–2,0 g·cm⁻³ ist seine spezifische Festigkeit (Festigkeit/Dichte) mehr als das 20-fache der von Stahl und ist damit das bevorzugte Material für Leichtbaukonstruktionen.

4. Umfassender Leistungsvergleich
Im Vergleich zu Metallen, Graphit und Keramik bietet Kohlefaser eine einzigartige Kombination von Vorteilen in Bezug auf Festigkeit, Steifigkeit, Wärmeausdehnungskoeffizient und Bearbeitbarkeit. Es weist insbesondere eine bessere Zähigkeit und Rissbeständigkeit in Hochtemperatur-Thermoschockumgebungen auf.

Was sind die häufigsten Arten von Carbonfaser-Matrixmaterialien?
1. Harzmatrix (CFK)
Mit der Verwendung von duroplastischen oder thermoplastischen Harzen wie Epoxid- und Phenolharzen als Matrix ist es die gängige Form, die über 90 % des Marktes ausmacht.
Es eignet sich für Anwendungen, die eine hohe Festigkeit und einfache Verarbeitung erfordern, wie z. B. Luftfahrt-, Automobil- und Wärmebehandlungsanlagen.

2. Metallmatrix (CFRM)
Es besteht üblicherweise aus Aluminium, Magnesium, Titan und deren Legierungen und bietet eine höhere Wärmeleitfähigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit, wodurch es sich für interne Strukturkomponenten von Ofenkörpern eignet.

3. Keramikmatrix (CFRC)
Durch die Verwendung von Keramiken wie Aluminiumoxid und Siliziumkarbid als Matrix verfügt es über eine hervorragende Hochtemperatur- und Verschleißfestigkeit und wird hauptsächlich in extremen Umgebungen wie Triebwerksdüsen eingesetzt.

4. Gummimatrix (CFRR)
Es besteht aus verschleißfestem Gummi oder Polyurethan und wird hauptsächlich für Komponenten verwendet, die Flexibilität und Verschleißfestigkeit erfordern, wie z. B. Rohre und Dichtungen.

Gängige Carbonfaser-Matrixmaterialien

Wie wirken sich unterschiedliche Kohlenstofffaseranteile auf die Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit von Verbundwerkstoffen aus?
1. Erhöhung des Faservolumenanteils → Deutliche Verbesserung von Festigkeit und Steifheit
Wenn der Volumenanteil der Kohlenstofffasern von 20 % auf 30 % steigt, zeigen sowohl die Zugfestigkeit als auch der Elastizitätsmodul des Verbundmaterials deutliche Verbesserungen, danach flacht die Wachstumsrate ab.

2. Die Doppelnatur eines hohen Ballaststoffgehalts
Wenn der Fasergehalt im Bereich von 55–70 % liegt, kann die Endfestigkeit des Materials das Zwei- bis Dreifache der des Matrixmaterials erreichen, aber die Zähigkeit (Absorption von Stoßenergie) nimmt ab, was es anfällig für Sprödbrüche macht.

3. Optimales Verhältnis im praktischen Ingenieurwesen
Bei Anwendungen wie Wärmebehandlungsvorrichtungen, die ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und bestimmter Zähigkeit erfordern, wird häufig ein Fasergehalt von 40–50 % verwendet, um eine Festigkeitsverbesserung bei gleichzeitiger Beibehaltung einer ausreichenden Schlagzähigkeit zu erreichen.

4. Technische Vorteile des Unternehmens
Wuxi Junteng Fanghu Alloy Casting Co., Ltd. kann den Kohlenstofffasergehalt genau an die Kundenbedürfnisse anpassen und eine Vielzahl maßgeschneiderter Produkte wie Wärmebehandlungsvorrichtungen, Strahlrohre und Ofenrollen anbieten, die den Anwendern dabei helfen, das optimale Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit zu finden.

Einfluss des Kohlenstofffasergehalts auf die Eigenschaften von Verbundwerkstoffen

Kernwettbewerbsfähigkeit von Wuxi Junteng Fanghu Alloy Casting Co., Ltd.
1. Professionelle Produktionsfähigkeit von hitzebeständigen Legierungen und FCKW
Unter Verwendung von Feinguss- und Schleudergusstechnologien umfassen die Produkte eine Vielzahl wichtiger Wärmebehandlungskomponenten wie Zentrifugalrohre, Strahlrohre, Ofenwalzen und Ventilatorflügel.

2. Globales Kundennetzwerk
Das Unternehmen hat unterstützende Produkte für international renommierte Ofenhersteller wie IPSEN, AICHELIN und SECO WARWICK geliefert und über 170 Kunden in Übersee beliefert und damit die Zuverlässigkeit und internationale Wettbewerbsfähigkeit seiner Produkte bestätigt.

3. Technische Dienstleistungen und Lösungsoptimierung
Neben der Bereitstellung von Standardprodukten bietet das Unternehmen auch technische Beratung und maßgeschneiderte Optimierungen für Wärmebehandlungsvorrichtungen an und hilft Kunden so, den Energieverbrauch zu senken und die Effizienz der Wärmebehandlung zu verbessern.

4. Qualität und Liefersicherung
Basierend auf jahrelanger Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von Komponenten aus legiertem Stahl kontrolliert das Unternehmen Materialverhältnisse und Wärmebehandlungsprozesse streng, um den langfristig stabilen Betrieb von CFC-Produkten in Umgebungen mit hohen Temperaturen und Korrosion sicherzustellen.

Kernwettbewerbsfähigkeit von Wuxi Junteng Fanghu Alloy Casting Co., Ltd.