книги / Технология композиционных материалов

зо. Такие катализаторы'легко вводят в межфиламентное пространство волокна из растворов простым вымачиванием каркаса с последующим высушиванием. Затем производят осаждение пироутлерода из газовой фазы. При этом рост отложений пироуглерода происходит на частицах катализатора в виде мелкодисперсного графита с различными морфоло­

этапов: образование атомов углерода через промежуточное карбидное соединение и монохимический процесс образования фазы графита из атомов углерода.

• Образующиеся при распаде карбидоподобного соединения атомы углерода растворяются в объем металла. После достижения равновес­ ной концентрации углерода в металле атомы углерода выделяются из раствора, образуя зародыши фазы графита.

Использование при пиролизе галогенов повышает объемное за ­ полнение каркаса пироуглеродом с 78-64 до 95 % и прочность на растяжение на отдельных образцах до 170 МПа (обычно прочность на растяжение не превышает 60-70 МПа),

2.5.3. Высокотемпературная обработка

Высокотемпературная обработка приводит к повышению степени

CJQQ2 = 3,36-3,38 X. Происходит частичная графитация материала. Вследствие этого на конусах роста пироуглерода формируется плас­ тинчатая структура.

Нагрев производят в нейтральной среде, обычно в среде арго­ на. Скорость нагрева 100-200 град/ч. Скорость охлаждения - 200-2^0 град/ч. Время выдержки при максимальной температуре - 2-3 часа.

На свойства УУКМ, прошедшего ВТО, существенное влияние ока­ зывает термообработка наполнителя. Например, плотность материала, прошедшего ВТО, но баз предварительной ВТО каркаса, на 80-100 кг/м3 меньше. Коэффициент линейного термического расширения ;КЛТР) углеродного наполнителя, не прошедшего графитацию, более высокий по сравнению с КЛТР матрицы. Это приводит к необратимым изменениям в композите при ВТО, изменению размеров после ВТО, появлению микротрещий.

При возрастании Температуры ВТО заготовок снижается КЛТР, растет теплопроводность материала.

2.5.4. Доуплотнение УУКМ пироуглеродом из газовой фяаы

Для снижения газопроницаемости изделий из УУКМ применяют до­ уплотнение предварительно обработанных деталей пироуглеродом из газовой фазы в изотермическом режиме при пониженном давлении газа в реакторе. Давление Раза в реакторе рассчитывается в соответст­ вии с законами диффузионной кинетики. В частности, глубина проник-

2.6.1. Оборудование для подготовки углеродных наполнителей к переработке в изделия

В эту группу входит оборудование для крутки и трощения, для шлихтования и расшлихтовки волокнистого наполнителя, для поверх­ ностной обработки и покрытия пленками и оборудование для пере­ мотки.

2.6.2. Оборудование для разделительных операций

В производстве УУКМ на основе тканевых каркасов (наполни­ тель - ткани, лента, маты) для разделительных или раскройных опе­

Для резки (вырезки) тонкостенных конструкций из углерод-угле­ родных материалов в настоящее время применяют также гидроструйную или гидроабразивнуто резку. Станки гидроструйной резки "Пагрус" с числовым программным управлением позволяют обрабатывать детали толщиной до 100 мм. Скорость резания до 9000 мм/мин. Точность по­ зиционирования соплового узла ±0,1 мм. Ширина реза 0 ,1 -0 ,5 мм. Рабочее давление струи воды до 300 МПа.

При гидроструйной обработке водяная струя режет без нагрева и искрообразования, исключает из технологического процесса режу­ щий инструмент, снижает расход обрабатываемого материала за счет практически безотходной резки, экологически чистый технологичес­ кий процесс.

2.6.3. Оборудование для изготовления армирующих каркасов

По виду перерабатываемого полуфабриката оборудование д я из­ готовления армирующих каркасов делят на три класса: для формирова­

ния каркаса из волокон и ж1утов из углеродных стержней и из тка­

ни и ленты* В свою очередь, каждый класс включает в себя по крайней ме­

ре две группы оборудования: для формирования каркасов в форме сплошных или толстостенных цилиндров (заготовок), призм четырех­ гранных, шестигранных; для формирования тонкостенных оболочек форм вращения*

Так, установка УУТМ-160М позволяет получать сплошные карка­ сы квадратного сечения 200x200 мм длиной до 3000 мм пространст­ венной трехмернонаправленной структуры.

Для изготовления каркасов трехмернонаправленной структуры диаметром до 800 мм и высотой до 500 мм предназначена автоматизи­ рованная установка УПТК-80С. Круглоткацкая машина МКТ-250 позволя­ ет получать из углеродных нитей каркасы в форме оболочек вращения диаметром до 4000 мм, толщиной до 32 мм, в том числе переменного профиля*

Для изготовления каркасов на основе тканей созданы специаль­ ные швейные полуавтоматы, позволяющие получать тканевые каркасы различной формы. Их основное назначение - сшивка слоев встык и прошивка слоев в пакете необходимой толщины (до 70 мм).

2.6.4. Оборудование для формирования углеродной матрицы

По технологическом циклу формирования углеродной матрицы обо­ рудование делят на два класса: оборудование для формирования угле­ родной матрицы по газофазной технологии и по жидкофазной техно­ логии.

Оборудование первого класса делят на две группы: для форми­ рования пироуглеродной матрицы и для формирования комбинированной матрицы кокс - пироутлерод.

Тип оборудования при газофазном осаждения пироуглерода зави­

типа ГФ ток пропускается через графитовый (реже молибденовый) на­ греватель с установленным на нем углеродным армирующим каркасом. Создается температурный градиент, при этом газ диффундирует от на­ ружной холодной стенки каркаса к внутренней нагретой.

При изотермическом способе используют вакуумные шахтные пе­ чи сопротивления типа СШБГ. В этих печах при осаждении пироугле­ рода армирующий каркас нагревается сразу на всю толщину, т .е . на­ грев не прямой, а косвенный - нагревателями из графита, располо­ женными по периметру стенки печи.

При формировании комбинированной матрицы появляется дополни­ тельный углепластиковый передел. Поэтому предусматриваются уста­ новка для пропитки смолой и печь для карбонизации. Печи для кар­ бонизации ретортные вакуумные либо предусматривающие ведение ре­ жима карбонизации в углеродной засыпке. Последние в настоящее время применяются редко, так как протекающий в них процесс харак­ теризуется высокой степень загрязнения окружающей среды.

При карбонизации удаляются летучие, а коксовый остаток обра­ зует пористую углеродную матрицу. Уплотнение пироуглеродом из га ­ зовой фазы проводят, как правило, по изотермическому методу в пе­ чах типа СШБГ.

При изготовлении изделий из УУКМ по жидкофазной технологии комплекс оборудования включает в себя установку пропитки и полукарбонизации, установку для термического уплотнения и установку для графитации. Установка пропитки и полукарбонизации обеспечива­ ет давление до 50 атм и температуру 930 К.

В установках для термического уплотнения обеспечивается дав­ ание до 1000-2000 атм и температура до 1270-1470 К.

с.6.5. Оборудование для контроля качества материала

Впроизводстве УУКМ оборудование, применяемое для межоперациокного контроля и контроля готовой продукции, рпределяется приня­ тым методом неразрушающего контроля. Современное производство ис­ пользует следующие методы: радиационные (нейтронный радиометричес­

кий, рентгеновский радиометрический, вычислительная рентгеновская типография); акустические (акустическая эмиссия, ультразвуковой контроль); электромагнитные и электрические (вихретоковый, элект­ ропроводности радиоволновые (СВЧ).

Поверхностную плотность материала контролируют нейтронным, рентгеновским, вихретоковым методами; интегральную - ультразвуко­ вым, электропроводностью. Вычислительная рентгеновская томография позволяет снимать шхотнограмму сечением 20x20x20 мм.

Разрушающее усилие контролируют методами акустической эмис­ сии и ультразвуковым методом, модули упругости (упругие характе­ ристики) и деформацию - ультразвуковыми методами, проводимость материала - радиоволновым (СВЧ) методом.

2.7. Основы технологии осаждения пироуглерода из газовой фазы

2.7.1. -incленное исследование течения газа в межкамерном пространстве реактора

Исследуется конвективное движение газа в вертикальном кана­ ле, образованном двумя соосными цилиндрами радиусами rf и

и высотой И (рис.2.13). С участка донной части реактора

^2 J осуществляется вдув газа в реактор. Газ выходит из реактора на участке г € [ ^ }гг*} (z =Н).

В предположении осесимметричности граничных условий решение со­ ответствующих уравнений отыскивается в двумерной области, изображен­ ной на рис.2.14. Цель исследования - вычислить вклад свободной кон­ векции в движение, вызванное прокачкой газа через реактор. Свободная