Состав и свойства углерод-углеродных композиционных материалов на основе углеродной ленты лу-3 и фенолофурфурольных связующих при 25 ºС

Параметры	Исходное связующее
	ZnФФС	ФФ
Открытая пористость, %	18,2	19,4
Плотность, кг/м3	1620	1480
Модуль упругости при изгибе, ГПа	15,6	13,5
Разрушающее напряжение при изгибе, МПа	148	124
Прочность при сдвиге, МПа	24	23
Удельная теплоемкость, кДж/(кг*град)	0,66	0,70
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*град)	8,5	11,2
ТКЛР (перпендикулярно слоям)*106, К-1	3,1	3,6
Потери массы при выдержке на воздухе при 500 0С в течение 10 ч, %	7	8
Потери прочности при выдержке на воздухе при 500 0С в течение 10 ч, %	32	54

Углерод, получаемый пиролизом какого-либо газообразного углеводорода при повышенной температуре, уменьшает пористость с ростом толщины осаждаемого слоя. Данный способ называется химическим осаждением углерода из паровой фазы. Установлено, что в большинстве случаев заполнение углеродного каркаса химическим осаждением углерода из паровой фазы более эффективно улучшает структурную целостность материала, чем множественная пропитка смолами.

Пропитка с помощью осажденного химическим способом из паровой фазы углерода может быть проведена с помощью одного из трех основных методов. Первый метод (изотермический процесс) заключается в пропускании углеродсодержащего газа при умеренно низком давлении через нагретую пористую заготовку. Углеродсодержащий газ диффундирует внутрь структуры и осаждает углерод на внутренних поверхностях пор. При использовании второго метода (процесс с градиентом давления) поперек толщины пористого материала устанавливается разность давлений, заставляющая газ – источник углерода – диффундировать сквозь пористую структуру. Разность давлений выступает в роли движущей силы процесса пропитки. Третий метод (процесс с термическим градиентом), как и первый, является диффузионно-контролируемым. Он отличается тем, что поперек толщины пористой заготовки устанавливается разность температур, и углеродсодержащий газ пропускается над поверхностью с меньшей температурой. Этот метод позволяет свести к минимуму осаждение на поверхности за то время, пока внешняя поверхность обладает температурой меньшей, чем пороговая температура пиролиза для углеродсодержащего газа.

Степень уплотнения пористой заготовки при использовании этих трех процессов зависит от совместимости структуры армирующего каркаса с конкретным методом пропитки. Каркасы, обладающие низкой проницаемостью для газов, лучше поддаются обработке с помощью метода с разностью давлений, поскольку перепад давления по толщине заготовки является движущей силой пропитки. Каркасы с полостями большого размера лучше уплотняется с помощью метода с термическим градиентом. Но для заготовок малой толщины или неправильной формы эти два метода подходят мало. Основным же недостатком метода с градиентом температуры является необходимость применения специально сконструированных нагревателей для пропитки деталей различной формы. Кроме того, в печи может обрабатываться только одна деталь. Для одновременной обработки нескольких заготовок, в том числе разных форм, вполне пригоден изотермический процесс. Однако при использовании изотермического метода возможно возникновение поверхностной корки из осажденного углерода, когда скорость химического осаждения углерода на расположенных на внешней поверхности внутренних волокон существенно превышает скорость его осаждения на поверхности внутренних волокон. Вместе с тем при правильном выборе температуры, давления и скорости протекания газового потока удается скорость осаждения на внутренних волокнах приблизить к скорости осаждения на внешних волокнах.

Изотермический метод осаждения углерода из паровой фазы является наиболее надежным и дающим наиболее воспроизводимые результаты среди всех трех методов пропитки. При этом структура и свойства УУКМ оказываются наиболее однородными.