Углерод-Углеродные композиционные материалы (уукм)

УУКМ называются материалы, состоящие из углеродного армирующего каркаса и матрицы из монолитного углерода.

Армирующий каркас ткут из углеродных нитей, стремясь к наиболее плотной укладке.

Бывает одноосное, двухосное, многоосное расположение нитей.

Их обозначают д.

Применяют также параллельную укладку тканей, в которых прошиты нити.

Каркасы из углеродных лент

В матрицу вводят каркас жидким и газофазным способом.

Жидкофазный способ заключается в пропитке каркаса … в вакууме или под давлением.

После отверждения (полимеризации) заготовку карбонизуют, т.е. нагревают до 600-1000˚С в инертной атмосфере. Эту операцию неоднократно повторяют для получения необходимой плотности, а затем

структуру углерода переводят в структуру плотного графита при температуре 2600-2800˚С. Эту операцию называют графитацией.

Газофазный способ заключается в разложении природного газа при низких давлениях в порах армирующего каркаса с образованием пироуглерода по реакции

Пироуглерод оседает на волокнах каркаса при температуре 800-900˚С. После получения … ее подвергают графитации.

УУКМ обладают коррозионной стойкостью, используются в ракетно- и самолетостроении, в качестве электродов.

УУКМ используются в различных областях техники, в тех случаях, когда традиционные материалы неработоспособны  в условиях тепловых нагрузок, в узлах трения, окислительных средах и т.п. Особенно перспективно применение УУКМ в авиационной и ракетно-космической технике для изготовления лопаток турбин, сопловых блоков, панелей, носовых обтекателей, вкладышей критического сечения двигателей, деталей тормозных самолётных устройств и др.

Второй учебный вопрос Технология изготовления композиционных материалов

По способу изготовления КМ подразделяют на полученные жидко- твердофазными методами, методами осаждения  напыления и комбинированными методами. К жидкофазным методам относят пропитку арматуры полимером или жидким металлом, а также направленную кристаллизацию. К твердофазным методам относятся прессование, прокатка, экструзия, ковка, сварка взрывом, волочение, диффузионная сварка, при которых компоненты формируются в КМ, где в качестве матрицы используют порошки или тонкие листы (фольги). При получении КМ осаждением  напылением матрица наносится на волокна из раствора солей, парогазовой фазы, плазмы. Комбинированные методы предусматривают совмещение нескольких методов. Например, пропитку или плазменное распыление используют в качестве предварительной операции, а прокатку, прессование или диффузионную сварку  окончательной.

Особенности получения км жидкофазными методами

Выбор метода получения КМ основан на анализе межфазного взаимодействия компонентов, их химической и механической совместимости. Химическая совместимость  это способность компонентов в условиях эксплуатации не образовывать хрупких химических соединений, которые разрушаются под действием внешней нагрузки. Металлы в КМ могут образовывать твёрдые растворы, механические смеси или хрупкие химические соединения. Если в зоне соединения компонентов КМ не образуется хрупких интерметаллидных соединений, а формируется пластичный переходный слой, то такой КМ обладает высокими эксплуатационными свойствами. Прочность связи компонентов определяется их химической и механической совместимостью по модулям упругости, коэффициентам термического расширения, пределам прочности и показателям пластичности.

Пропиткой волокон расплавленным металлом или термореактивными смолами получают изделия любой конфигурации без дополнительной механической обработки. Прочность связи компонентов определяется смачиваемостью поверхности армирующего элемента жидкой матрицей. Пропитку проводят при нормальном давлении, вакуумным всасыванием, под давлением и комбинированным методом.

Наиболее перспективный метод  это непрерывная пропитка волокон расплавленным металлом или термореактивными смолами с формованием профиля протягиванием КМ через фильеру. Использование дискретных (коротких) волокон позволяет изготавливать КМ во вращающейся форме. К волокнам для повышения смачиваемости расплавом прикладывают ультразвуковые колебания. Однонаправленная структура формируется с помощью электромагнитного поля.