7.5. Специфика изготовления корпусных деталей из композиционных материалов

Для изготовления корпусов применяются также и композиционные материалы (стеклопластики, углепластики, керамика и др.). Использова­ние композиционных материалов вместо металлических или в сочетании с ними (армирование) способствует уменьшению массы корпусов, повы­шению химической стойкости, жаропрочности, демпфированию колеба­ний. Для каждой конструкции корпуса и условий его нагружения форми­руется своя оптимальная структура благодаря применению соответст­вующего оборудования с ЧПУ. Наиболее гибко с условиями нагружения детали увязывается структура композиционных материалов, состоящих из матрицы (связующего), армированной переплетаемыми волокнами (стеклопластики, углепластики и др.). Тип связующего определяет: допускаемую температуру, герметичность, материал волокон, простран­ственную структуру их переплетения, прочность. Так, для корпусов, работающих до 250 °С, применялись стеклопластики с диаметром нитей 10 ... 16 мкм, содержащие отверждаемое связующее (по массе 30 ... 40 %), кремнеорганические соединения, фенолформальдегидные смолы и др.

Пропитка связующим может выполняться:

в процессе намотки (мокрая) пропусканием стеклонитей через ванну;

с предварительной подсушкой пропущенных через ванну стекло­нитей (полусухая) и последующей намоткой изделия, после чего свя­зующее размягчается нагревом;

сухой намоткой каркаса волокон с последующей пропиткой в вакууме.

После пропитки выполняется операция опрессовки, обычно сочетаю­щаяся с термообработкой, вызывающей отверждение связующего в штампах с электроподогревом или автоклавах. Давление для опрессовки 4 ... 6 МПа, температура 150 ... 160 °С.

Для корпусов, работающих при температуре, превышающей 250 °С, находят применение композиционные материалы, состоящие из каркаса углеродных волокон и углеродной матрицы. Матрицу получают двумя методами:

каркас пропитывают углесодержащими жидкостями (термореактив­ными фенольными и другими смолами, пеками из каменноугольной смо­лы, нефти). Далее идет отверждение с термообработкой, карбонизация (650 ... 1100 °С), графитизация (2600 ... 2750 °С). Высокая плотность достигается многократным повторением этих циклов ( = 1,7 г/см³);

химическим осаждением углерода из метана или природного газа, ос­тальное как в первом способе.

Корпуса из таких углерод-углеродных материалов не нуждаются в ох­лаждении при высоких эксплуатационных температурах. Их можно ис­пользовать для корпусных деталей, не требующих герметичности. Детали обладают высокой жесткостью, что важно для корпусов, имеющих ма­лую массу.

Весьма перспективными в производстве деталей авиационных двига­телей являются керамические материалы: окислы алюминия, циркония, нитриды и карбиды кремния и их различные композиции. Они спекаются после того, как выполнено прессование их смесей со связующими при 1400 ... 2100 °С ( = 2,5 ... 3,5 г/см³), далее обрабатываются алмазными кругами.

11