§33 Основные типы волокнистых и слоистых композиционных материалов на неорганической матрице.

К основным типам волокнистых и слоистых композиционных материалов на неорганической матрице относятся материалы на керамической или углеродной матрице, в качестве наполнителя, в этих случаях играющего роль арматуры, используются волокна бора, карбида кремния, углерода стекла и борсика (соединение бора с кремнием).

Волокнообразный наполнитель может быть расположен произвольно или ориентировано. Кроме металлических волокон в качестве армирующего наполнителя используются волокна металла или сплава металла, проволка, сетка различного плетения на основе углеродистых или нержавеющих сталей.

Высокопрочные композиты могут армироваться титановой, вольфрамовой, молибденовой или берилевой проволокой.

В настоящее время вместо волокнистых керамических композиционных материалов в качестве армирующих элементов все больше используется нитевидные кристаллы на основе оксида алюминия, карбида кремния, оксида титана и других соединений.

Слоистые композиционные материалы на керамической матрице содержат компоненты расположенные в виде слоев различного состава. Наполнителем этих материалов является металлическая фольга. Производство этих материалов основано на способах прессования и спекания. Характерным примером слоистых композиционных материалов являются конструкции состоящие из металлической основы с нанесенным керамическим покрытием. Керамический компонент такого материала может быть нанесен на металл эмалированием, газопламенным напылением, разложением солей металлов с последующим их окислением.

Углерод – углеродные композиционные материалы.

Эти материалы имеют матрицу из монолитного углерода, а в качестве армирующего элемента – углеродные волокна. Эти материалы обладают высокой прочностью и химической стойкостью при высоких температурах.

Армирующий каркас обычно текут из углеродных нитей малого диаметра, создавая плотную укладку. Много направленные армирующие каркасы создаются из углеродных пучков и лент.

Для достижения высоких механических свойств и наименьшего термического расширения используют высокопрочные волокна. Углеродная матрица вводится в каркас путем пропитки или нанесением покрытий на волокна. После этого заготовка уплотняется различными способами, карбонизируется и графитизируется.

В качестве матричных пропиточных составов используются разные полимеры, а также различные соединения из смолы и нефти. Пропитка проводится посредством создания вакуума или наоборот избыточного давления.

После пропитки проводят отверждение смол. Далее заготовку нагревают до 650°-1100°С для карбонизации. Потом получают углеродистую матрицу графитизацией компонентов при температуре 2600-2750°С.

Для достижения максимальной плотности композиционных материалов все технологические циклы могут многократно повторяться.

Для получения углерод – углеродных композиционных материалов с высокой прочностью закрепления углеродных волокон в матрице применяется газофазный метод осаждения материала матрицы на волокна. В этом случае нагретый природный газ или металл пропускают через нагретый каркас из углеродных волокон, на которых образуется равномерный осадок. Этот осадок, после получения требуемой формы заготовки, графитизируют. Иногда газофазное осаждение комбинируется с пропиткой смолой, так получают композиционные материалы наибольшей плотности. Углерод-углеродные композиционные материалы обладают химической стойкостью в большинстве агрессивных сред с температурой эксплуатации до 227°С. Высокие температуры вызывают окисление изделий. Эти композиционные материалы по теплозащитным свойствам не уступают изделиям из графита, а по прочности значительно их превосходят. Их используют для изготовления деталей, работающих в условиях высоких температур. Например, для уплотнений химической и теплообменной аппаратуры, для деталей оперения сверхзвуковых самолетов.