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第341章 高强度碳纤维材料工艺验证

当然,赵阳很清楚,以目前国內的材料工艺水平,想百分百还原系统图纸上的性能指標几乎是不可能的。但只要能够还原一部分,哪怕只是达到图纸性能的四五成,就已经足够吊打目前和以后所有市面上的高强度碳纤维材料了。

更何况,新材料部的设立不仅仅是为了这一种碳纤维。它同时也是为后续系统可能提供的其他新材料做准备,星火科技的绝密部门,將来要承载的远不止这一张图纸。

后续从系统之中抽取到的一些东西,赵阳也会在找到合成方向之后,放在这个绝密实验室里。

这个实验室里的人,赵阳都让小新做好了背调,同时也拜託了李將军,

確定了这些人都是可信的。后续產出的一些材料,赵阳甚至都不会发论文,全都以军工和航天为准。落后两代,將技术下放到民用,到时候再发论文。

赵阳去到实验室的时候,新材料部的几位工程师正围在一条小型实验线旁边。实验线是前段时间刚搭建起来的,包括一台改装的预氧化炉、一台高温碳化炉和一套表面处理设备,规模不大,但五臟俱全。

“生產工艺开发进行得怎么样了?”

赵阳走到控制台前,扫了一眼屏幕上跳动的温度曲线和张力数据。

负责工艺开发的是一位姓郑的工程师,四十来岁,之前在航天材料研究所干了十几年,被陈海峰通过李將军那边的关係挖过来的。

他摘下手套,指著屏幕上一条刚刚跑完的碳化曲线朝著赵阳说道:“赵总,您之前给的那个预氧化温度梯度和碳化张力的参数范围,我们在实验室级別已经大致还原了。

您看,这是今天上午刚跑出来的一批样品的数据拉伸强度稳定在系统图纸理论值的七到八成之间,模量稍微低一点,大概六成多。单丝直径的均匀性还有提升空间,但整体来看,实验室级別的工艺基本算是走通了。”

赵阳接过他递来的测试报告翻了几页。数据表格很详细,每一批样品的纤维直径分布、拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率都列得清清楚楚。实验室级別的样品能做到这个程度已经相当不错了。

系统图纸上的理论值是基於原子级別的精確控制,现有的设备精度和工艺经验跟不上是正常的。

“规模化生產呢?”

赵阳合上报告,看向面前的郑工

郑工的表情微微变了一下,犹豫了片刻才开口:“规模化这边……卡住了。主要是两个问题。一个是数量实验室一次只能跑几百米长的原丝,放大到工业级的话,预氧化炉的温场均匀性不够,同一批丝在不同位置的氧化程度会有偏差,导致最终碳化后的性能数据离散度太大。

另外就是数据还原度放大之后张力控制系统的响应速度跟不上丝束的走速,部分区域的张力偏离了设定范围,强度和模量就往下掉。我们试了好几轮,目前工业化级別的样品,性能大概只能做到实验室样品的六成左右。”

赵阳走到预氧化炉前蹲下来,透过观察窗往里看了几秒。炉內的加热元件排列方式他之前在图纸上见过类似的,但眼前这台国產设备显然没有完全按照他给的图纸来製造有几处热风循环管路的走向做了妥协。

他站起来,绕到碳化炉的后面,又看了张力控制系统的传感器布局。

“温场均匀性的问题不是炉子本身的事。”

赵阳指著预氧化炉侧面的热风循环管路。

“你们现在用的循环方式是单侧进风,热风从左边吹进来穿过丝束,到右边的时候温度已经降了好几度。改双侧交替进风,左右各加一组独立的加热元件和风机,用plc控制两组风机的交替频率。这样丝束两侧的温度梯度能缩小一大半。”

郑工听完之后愣了一下,行家一出手,就知有没有。

赵阳刚刚说的那些东西,都是非常专业!

郑工很快表情变得非常认真严肃,仔细倾听。

旁边的几个工程师也凑过来听。赵阳继续往下说,从预氧化炉的热风循环方式讲到他之前在航天发动机上处理燃烧室温度梯度时用过的一套pid控制逻辑虽然一个是在氧化炉里烤纤维,一个是在燃烧室里烧推进剂,但核心的热场均匀性控制逻辑是相通的。

“张力控制的问题也不是传感器的事。你们现在用的这套张力反馈系统採样频率太低了,丝束在碳化过程中的伸缩速率变化很快,採样频率跟不上就会一直落后半拍。换高频採样传感器,把採样周期压缩到现有的三分之一,然后用卡尔曼滤波做信號平滑。”

旁边的几个工程师互相看了一眼。有人低声说了一句。

“卡尔曼滤波不是惯导系统用的吗?”

另一个人耸了耸肩表示不知道。赵阳听到了,没解释,只是让他们先按这个方向去试。

“还有。”

赵阳走到实验线的末端,指著表面处理设备旁边一块空著的地面。

“后续规模化生產不能只靠现有的设备。你们现在的实验线是拼凑出来的,温场、张力、表面处理三个环节之间的数据是割裂的。需要一台一体化的產业设备,把预氧化、碳化、表面处理三个工序整合到同一条闭环控制的生產线上。设备图纸我来出,你们负责跟外面的代工厂对接。”

接下来的几周里,赵阳把相当一部分精力都花在了新材料部。他把一体化碳纤维生產线的全套设计图纸画了出来,预氧化模块的双侧交替进风结构、碳化模块的高频张力闭环控制系统、表面处理模块的电化学阳极氧化槽,以及连接三个模块的自动卷绕和中间缓存装置。

每一部分的机械结构、控制逻辑和工艺参数都写得清清楚楚。图纸交给郑工他们之后,由他们负责联繫国企代工厂进行製造。因为是工业化实验机器,第一台只做了十吨级,足够验证工艺参数和积累生產经验。

等完成十吨级验证工艺之后,到时候就可以进行更大规模的生產了!

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