Механические и теплофизические свойства нитей из органоволокон при различных температурах

Температура длительного пребывания на воздухе без изменения свойств, С 160 Температура разложения,  С 500 Предел прочности при растяжении, МПа : при 100С на воздухе 3170 при 200С на воздухе 2720 Модуль упругости при растяжении, ГПа: при 100С 113 при 200С на воздухе 110 Усадка, % / К 410-4 Коэффициент линейного расширения в диапазоне 0- 100 С, 10-6 К -1 продольный -2 радиальный 59

2.2.11 Борные армирующие волокна

Борные волокна [5] относятся к наиболее высокопрочным, высокомодульным армирующим материалам. Они представляют собой непрерывные моноволокна диаметром 50 - 200 мкм. Высокая прочность бороволокон обусловлена мелкокристаллическим строением (кристаллы порядка 1,5...3 нм) борного слоя. Бороволокна имеют значительный разброс по прочности, который вызван неоднородностью структуры и дефектами в волокнах. Прочность борных волокон (диаметр 90... 140 мкм) составляет 3400... 3900 МПа , модуль упругости находится в пределах 360... 400 ГПа. Плотность бороволокон зависит от их диаметра и изменяется от 2,4 до 3,1 10 ³ кг/ м ³. Коэффициент термического расширения в диапазоне температур 20... 1000 К равен около 7  10 ^–6 град ^-1. Борные волокна отличаются высокой твердостью. Прочностные характеристики бороволокон сильно зависят от дефектов структуры. При нанесении термостойких покрытий может наблюдаться как повышение прочности за счет сглаживания поверхностных дефектов, так и снижение ее вследствие роста остаточных напряжений. Значение коэффициента Пуассона колеблется в пределах  = 0,04... 0,18. Пластические деформации имеют место при температурах свыше 900 К. На воздухе бороволокна без покрытия начинают окисляться при 600 - 650 К и при температуре выше 900 К полностью теряют прочность. При нанесении термостойких покрытий прочность сохраняется до температур 1100 - 1300 К.

Технология получения борных волокон

Борные волокна получают путем осаждения бора из газовой фазы на раскаленную током вольфрамовую нить диаметром 12,5 мкм [5]. Обычно используют смесь водорода Н₂ и трихлорида бора ВС1₃. В промышленных масштабах выпускаются волокна диаметром 100, 140, 200 мкм.

Боровольфрамовые волокна производят в реакторе, схематически показанном на рис. 2.9. Вольфрамовую нить помещают в вертикальную стеклянную шахту с внутренним диаметром около 10 мм.

Для обеспечения электрического контакта с вольфрамом и для герметизации реактора (газовая смесь в реакторе находится при атмосферном давлении) шахта с обеих сторон закрыта наполненными ртутью емкостями, служащими затворами. В верхней части реактора вольфрамовая проволока нагревается в атмосфере инертных газов и очищается ими. В другой части реактора вольфрамовая основа нагревается до температуры 1350ºС в атмосфере смеси Н₂ и ВСl₃ , в которой и происходит осаждение бора на вольфрамовую проволоку.

Рис. 2.9. Схема реактора для осаждения бора

на вольфрамовую проволоку:

1 - исходная паковка вольфрамовой проволоки;

2 - секция очистки вольфрама;

3 - секция осаждения бора в одну или несколько стадий;

4 - приемная бобина для борного волокна

Химическая реакция идет по схеме

2ВСl3 + 3Н2  2В + 6НСl.

Боровольфрамовые волокна имеют высокую стоимость, поэтому применение их ограничено. С целью снижения их стоимости в настоящее время ведутся интенсивные исследования возможности использования более дешевых углеродных волокон в качестве основы при получении борных волокон.