Углерод-углеродные композиционные материалы

Углерод-углеродными называются КМ, представляющие собой углеродную матрицу, армированную углеродными волокнами или тканями. Одинаковая природа и близкие физико-химические свойства обеспечивают прочную связь волокон с матрицей и уникальные свойства этим КМ. Механические свойства этих КМ в большой степени зависят от схемы армирования ( может меняться от 100 до 1000 Мпа). Наиболее предпочтительным является многоосное армирование, при котором армирующие волокна расположены в трех и более направлениях.

Достоинствами углерод-углеродных КМ являются малая плотность (1,3 – 2,1 г/м высокие теплоемкость, сопротивление тепловому удару, эрозии и облучению; низкие коэффициенты трения и линейного расширения; высокая коррозионная стойкость; широкий диапазон электрических свойств (от проводников до полупроводников); высокие прочность и жесткость. Уникальной особенностью углерод-углеродных КМ является увеличение прочности в 1,5 — 2,0 раза и модуля упругости при повышении температуры. К их недостаткам относят склонность к окислению при нагреве до температур выше 500 ос в окислительной среде. В инертной среде и вакууме изделия из углерод-углеродных КМ работают до 3000 ^оС.

Исходным материалом для матриц служат синтетические органические смолы с высоким коксовым остатком (феноло-формальдегидные, фурановые, эпоксидные и др.). Термореактивные смолы обладают хорошей пропитывающей способностью. Большинство из них отверждается относительно низких температурах (до 200 … 250 ^оС) содержат 50% кокса. При пиролизе они образуют стекловидный углерод, который не подвержен графитизации до З000^оС.

Кроме того, в качестве матриц используют каменноугольные и нефтяные пропитывающие пеки – вязкие остатки перегонки дегтей, с образующихся при термической обработке твердых топлив (угля, т и др.) или при пиролизе нефти).

Наполнителями углерод-углеродных КМ служат углеграфитовые волокна, жгуты, нити, тканые материалы.

Лекция № 4 Тема: «технология получения и переработки композиционных материалов»

1. Классификация способов изготовления композиционных материалов.

2. Технология получения композиционных материалов жидкофазными методами.

3. Получение композиционных материалов методом контактного формования и напыления.

4. Формование композиционных материалов с помощью эластичной диафрагмы.

5. Формование композиционных материалов методами прессования и пропитка наполнителя в замкнутой форме.

6. Получение полых изделий и труб методом намотки.

7. Технология получения композиционных материалов твердофазными методами.

8. Технология изготовления дисперсно-упрочненных композиционных материалов.

9. Горячее прессование порошков в металлических пресс-формах.

10. Гидростатическое прессование порошков.

11. Горячая прокатка и ковка порошков.

12. Технология изготовления слоистых композиционных материалов

Классификация способов изготовления композиционных материалов

По способу изготовления КМ подразделяют на полученные жидко- и твердофазными методами, методами осаждения – напыления и комбинированными методами.

К жидкофазным методам относят пропитку арматуры полимером или жидким материалом, 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.