Достоинства углеродной матрицы

широкий диапазон рабочих температур (-250 до 5000°С);

высокая тепло- и термостойкость;жаропрочность и жаростойкость;высокая прочность при сжатии и

сдвиге;высокая химическая стойкость;низкая теплопроводность;высокая радиационная стойкость.

Кон

стру

кцио

нны

е и

фун

кцио

наль

ные

воло

книс

тые

ком

пози

тыК

онст

рукц

ионн

ые

и ф

ункц

иона

льны

е во

локн

исты

е ко

мпо

зиты

Ка

занс

кий

го

суд

ар

стве

нны

й т

ехн

иче

ски

й у

ниве

рси

тет

им

. А

.Н.Т

упо

ле

ваК

аза

нски

й г

осу

да

рст

венн

ый

те

хни

ческ

ий

уни

вер

сите

т и

м.

А.Н

.Туп

ол

ева

Лекция 18

Кон

стру

кцио

нны

е и

фун

кцио

наль

ные

воло

книс

тые

ком

пози

тыК

онст

рукц

ионн

ые

и ф

ункц

иона

льны

е во

локн

исты

е ко

мпо

зиты

Ка

занс

кий

го

суд

ар

стве

нны

й т

ехн

иче

ски

й у

ниве

рси

тет

им

. А

.Н.Т

упо

ле

ваК

аза

нски

й г

осу

да

рст

венн

ый

те

хни

ческ

ий

уни

вер

сите

т и

м.

А.Н

.Туп

ол

ева

Способы получения углеродной матрицы

Карбонизация полимерной

матрицы

Осаждение пироуглерода из

газовой фазы

Исходное сырье

- фенолформальдегидные- фурановые- кремнийорганические- нефтяные и каменноугольные пеки

- метан- бензол- ацетилен- смесь (углеводород + инертный газ или водород)

Кон

стру

кцио

нны

е и

фун

кцио

наль

ные

воло

книс

тые

ком

пози

тыК

онст

рукц

ионн

ые

и ф

ункц

иона

льны

е во

локн

исты

е ко

мпо

зиты

Ка

занс

кий

го

суд

ар

стве

нны

й т

ехн

иче

ски

й у

ниве

рси

тет

им

. А

.Н.Т

упо

ле

ваК

аза

нски

й г

осу

да

рст

венн

ый

те

хни

ческ

ий

уни

вер

сите

т и

м.

А.Н

.Туп

ол

ева

Исходная матрицаПрочность

приизгибе, МПа

Модуль упругости при

изгибе, ГПа

Фенолформальдегидная 132/93 14,7/10,3

Эпоксифенольная 113/93 14,0/13,3

Кремнийорганическая. 128/77 12,8/8,5

Полибензимидиазольная 32/56 14,7/19,2

Таблица 18.1. Свойства УУКМ на основе углеродной ткани

(в числителе при 24°, в знаменателе при 480°)

Кон

стру

кцио

нны

е и

фун

кцио

наль

ные

воло

книс

тые

ком

пози

тыК

онст

рукц

ионн

ые

и ф

ункц

иона

льны

е во

локн

исты

е ко

мпо

зиты

Ка

занс

кий

го

суд

ар

стве

нны

й т

ехн

иче

ски

й у

ниве

рси

тет

им

. А

.Н.Т

упо

ле

ваК

аза

нски

й г

осу

да

рст

венн

ый

те

хни

ческ

ий

уни

вер

сите

т и

м.

А.Н

.Туп

ол

ева

Осаждение пироуглеродаиз газовой фазы

Изотермический способ

Неизотермическийспособ

Т=const;Т=900-1200°С;Р=130-2000 кПа;t=сотни часов.

Т≠const;Р=атмосферное;t=сотни часов.

Кон

стру

кцио

нны

е и

фун

кцио

наль

ные

воло

книс

тые

ком

пози

тыК

онст

рукц

ионн

ые

и ф

ункц

иона

льны

е во

локн

исты

е ко

мпо

зиты

Ка

занс

кий

го

суд

ар

стве

нны

й т

ехн

иче

ски

й у

ниве

рси

тет

им

. А

.Н.Т

упо

ле

ваК

аза

нски

й г

осу

да

рст

венн

ый

те

хни

ческ

ий

уни

вер

сите

т и

м.

А.Н

.Туп

ол

ева Изотермический метод Неизотермический метод

Достоинства:

- высокая плотность и хорошая графитируемость матрицы;

- простое аппаратурное оформление;-возможность обработки

одновременно нескольких изделий.

- высокая скорость осаждения;- возможность заполнения крупных

пор;- объемное уплотнение.

Недостатки

- малая скорость осаждения;-поверхностное осаждение

пироуглерода;- плохое заполнение крупных пор.

-сложное аппаратурное оформление;-обрабатывается лишь одно изделие;-недостаточная плотность;-образование микротрещин.

Для изготовления тонкостенных

деталей

Для изготовления толстостенных

деталей

Кон

стру

кцио

нны

е и

фун

кцио

наль

ные

воло

книс

тые

ком

пози

тыК

онст

рукц

ионн

ые

и ф

ункц

иона

льны

е во

локн

исты

е ко

мпо

зиты

Ка

занс

кий

го

суд

ар

стве

нны

й т

ехн

иче

ски

й у

ниве

рси

тет

им

. А

.Н.Т

упо

ле

ваК

аза

нски

й г

осу

да

рст

венн

ый

те

хни

ческ

ий

уни

вер

сите

т и

м.

А.Н

.Туп

ол

ева

Таблица 18.2. Физико-механические свойства УУКМ с различными структурами

ПараметрСША Франция

2D 3D 4D Ткань

Марка материала 5451 SPE Cепкарб-500

Аэролор-22

Тип матрицы Кокс пека Кокс пека Кокс пека Пироуглерод

Температура т/о, °С 1300-1400 1700 1500-1700 1200-1500

Прочность, МПа при растяжении при сжатии

4590

11577

-70-120

40-70120-200

Модуль упругости, Е ·10-3 28 65 - 20-30

Теплопроводность, Вт/(м·К) 5,9-15,0 18-22 50-150 -

высокая тепло- и термостойкость до 5000°С;

высокая жаропрочность и жаростойкость;

стойкость к термоудару;

низкие значения температурного коэффициента линейного расширения;

низкая теплопроводность;

высокотемпературная прочность;

высокая химическая стойкость.

высокая радиационная стойкость;

Кон

стру

кцио

нны

е и

фун

кцио

наль

ные

воло

книс

тые

ком

пози

тыК

онст

рукц

ионн

ые

и ф

ункц

иона

льны

е во

локн

исты

е ко

мпо

зиты

Ка

занс

кий

го

суд

ар

стве

нны

й т

ехн

иче

ски

й у

ниве

рси

тет

им

. А

.Н.Т

упо

ле

ваК

аза

нски

й г

осу

да

рст

венн

ый

те

хни

ческ

ий

уни

вер

сите

т и

м.

А.Н

.Туп

ол

ева Достоинства УУКМ

Приемы повышения окислительной стойкости УУКМ

Кон

стру

кцио

нны

е и

фун

кцио

наль

ные

воло

книс

тые

ком

пози

тыК

онст

рукц

ионн

ые

и ф

ункц

иона

льны

е во

локн

исты

е ко

мпо

зиты

Ка

занс

кий

го

суд

ар

стве

нны

й т

ехн

иче

ски

й у

ниве

рси

тет

им

. А

.Н.Т

упо

ле

ваК

аза

нски

й г

осу

да

рст

венн

ый

те

хни

ческ

ий

уни

вер

сите

т и

м.

А.Н

.Туп

ол

ева

использование хорошо графитируемых матриц;

повышение плотности;повышение конечной температуры

обработки УУКМ;снижение содержания

катализирующих окислов примесей;нанесение защитных покрытий.

Кон

стру

кцио

нны

е и

фун

кцио

наль

ные

воло

книс

тые

ком

пози

тыК

онст

рукц

ионн

ые

и ф

ункц

иона

льны

е во

локн

исты

е ко

мпо

зиты

Ка

занс

кий

го

суд

ар

стве

нны

й т

ехн

иче

ски

й у

ниве

рси

тет

им

. А

.Н.Т

упо

ле

ваК

аза

нски

й г

осу

да

рст

венн

ый

те

хни

ческ

ий

уни

вер

сите

т и

м.

А.Н

.Туп

ол

ева

Защитные покрытиядля УУКМ

Фосфаты

Силициды

Бораты Карбиды

Пироуглерод

иметь высокие температуры плавления и разложения; быть по возможности плотными, беспористыми; при окислении образовывать тонкую оксидную пленку,

препятствующую дальнейшему проникновению окисляющего газа внутрь изделия;

не вступать в реакции с углеродом; значения температурных коэффициентов линейного

расширения защитного слоя и УУКМ не должны сильно различаться, чтобы не произошло разрыва или смещения покрытия;

иметь хорошую адгезию к углеродному материалу.

Требования к антиокислительному покрытию для УУКМ

Кон

стру

кцио

нны

е и

фун

кцио

наль

ные

воло

книс

тые

ком

пози

тыК

онст

рукц

ионн

ые

и ф

ункц

иона

льны

е во

локн

исты

е ко

мпо

зиты

Ка

занс

кий

го

суд

ар

стве

нны

й т

ехн

иче

ски

й у

ниве

рси

тет

им

. А

.Н.Т

упо

ле

ваК

аза

нски

й г

осу

да

рст

венн

ый

те

хни

ческ

ий

уни

вер

сите

т и

м.

А.Н

.Туп

ол

ева