45. Слоистые керамические композиционные материалы.

Слоистые ККМ состоят из компонентов, расположенных в виде слоев различного состава. В состав таких материалов часто вводят металлическую фольгу. Разработана группа гранулослоистых ККМ, содержащих гранулы различных модификаторов, расположенных послойно в керамической матрице. Слоистые керамические композиты используют в экстремальных условиях. Компонентами этого типа композиционных материалов чаще всего являются керамика, углерод и металлы, например корунд, пиролитический графит, карбиды, оксиды, нитриды в композиции с алюминием, медью, титаном, никелем, кобальтом, танталом, железом. Такие материалы нашли применение в космических аппаратах для изготовления теплоизоляционных силикатных плиток из корунда, боросиликата, углеродных карборундовых ламинатов. Слоистые ККМ простейшей структуры представляют собой металлическую основу с нанесенным на нее керамическим покрытием. Покрытия наносят эмалированием, газопламенным напылением, разложением солей металлов с последующим их окислением и др. Такие композиты относятся к системам металл-диэлектрик, которые находят применение в радиоэлектронике.

К слоистым ККМ следует отнести новое поколение жестких магнитных дисков для записи информации (СD). Диск состоит из послойно расположенных алюминиевой подложки, немагнитного подслоя (из пластика или керамики), магнитного металлического слоя (Со-Ni,Co-P, Co-Ni-P, Co-Mo) с зеркальной поверхностью, сформированного вакуумным напылением, и наружного износостойкого керамического слоя. Последний выполняют из алмазоподобного углерода, SiO₂, ZrO₂-Y₂O₃. Плотность памяти магнитных дисков типа Винчестер в большой степени зависит от толщины воздушного зазора между диском и считывающей головкой, который составляет в нормально работающей системе 0,1…0,4 мкм. Тем не менее, физический контакт диска и головки все же имеет место при остановке – запуске системы и в отдельных точках диска при работе системы. Наружный керамический слой предотвращает изнашивание диска, способствуя сохранению записанной на нем информации и уменьшая вероятность ошибок при записи-считывании. Разработана химическая технология получения тонких фракций магнитных наночастиц (4 нм в диаметре) из сплава железо-платина. Их напыление на жесткие магнитные диски позволило фирме IBM достичь рекордной плотности магнитной памяти – 35,3 миллиарда битов на квадратный дюйм.

47Углерод-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.

48Технология получения композиционных материалов жидкофазными методами.

К жидкофазным методам относят пропитку арматуры полимером или жидким материалом, а также направленную кристаллизацию.

Получение изделий из композиционных материалов методом контактного формования и напыления

Сущность метода напыления заключается в одновременном нанесении на поверхность формы рубленого волокна и связующего.

Метод контактного формования осуществляют на негативных и позитивных формах с ручной выкладкой рулонного армирующего наполни­теля по поверхности формы с одновременной пропиткой его связующим с помощью кистей или распылительного пистолета.

Формование изделий из композиционных материалов под давлением

При открытых методах формования одна из формуемых поверхностей изделия остается свободной и не отличается высоким качеством.

Формование изделий с помощью эластичной диафрагмы

Формование изделий с помощью эластичной диафрагмы осуществляют обычно на специальных прессах, верхняя плита которых выполнена в виде полого короба, к нему крепится резиновая диафрагма. Нижний стол пресса выполняют перфорированным (для удаления воздуха из пространства между изделием и диафрагмой).

Метод намотки – один из наиболее перспективных методов формования изделий из стеклопластиков, так как позволяет создавать ориентированную структуру наполнителя в изделиях с учетом их формы и особенностей эксплуатации.

Метод центробежного формования

Метод используют в основном для получения труб. В качестве наполнителя используют стеклохолсты, стеклоткани, а также рукава, плетеные из стекложгута. Высокая химическая стойкость труб обеспечивается благодаря наличию внутреннего слоя из чистого связующего.

Таким методом можно футеровать пластмассовые и металлические трубы.

Пултрузия – это метод получения одноосно-ориентированного волокнистого пластика. Пултрузией получают профили самого разного рода (полые и сплошные).

Методы прессования и пропитки стекловолокнистого наполнителя в замкнутой форме относятся к закрытым методам формования и позволяют с высокой точностью фиксировать толщину стенки изделия, а также обеспечивают получение высококачественной поверхности всего изделия. Метод достаточно производителен и рекомендуется для выпуска изделий средними и крупными партиями.