Углерод-углеродные материалы, композиционные углеграфитовые материалы на основе углеродной матрицы и углеродных волокон. В качестве матрицы используют пироуглерод, коксовые остатки термореактивных смол, кам.-уг. или нефтяного пека, в качестве волокон-наполнителей - высокопрочные углеродные волокна - нити (непрерывные и рубленые), жгуты, ткани, пространств. конструкции из
волокна углерод-углеродных материалов по сравнению с графитом характеризуются низкой плотностью (вследствие пористости материала), высокими уд. прочностью и жесткостью, сохраняющимися неограниченно долго в инертных и восстановит, средах при температурах до 3000 0C (при более высоких температурах свойства зависят от скорости сублимацииуглерода с пов-сти материала), а также пластич. характером разрушений.
Изделия из однонаправленно, перекрестно и хаотически армированных углерод-углеродных материалов получают карбонизацией соответствующих углепластиков при температуре ок. 1000 0C или уплотнением пористой углеродной матрицы с помощью повторяющихся процессов пропитки волокон термореактивными смолами с послед, карбонизацией. Изделия из пространственно армированных материалов получают формированием углеродной матрицы в объеме предварительно изготовленного волокнистого каркаса путем карбонизации термопластичных пеков под давлением или осаждением на каркас углерода, образующегося при пиролизе газообразных углеводородов. Во всех случаях избегают деформирования исходного каркаса, который до сформирования углеродной матрицы не обладает конструкц. жесткостью. С учетом конкретных условий эксплуатации изделия на практике проводят сочетание разл. технол. приемов с высокотемпературной обработкой в инертной среде или вакууме. что позволяет изменять структуру материала и регулировать объем пор. Предельная температура обработки всегда выше температуры эксплуатации получаемых изделий. Во избежание остаточных внутр. напряжений при конструировании и изготовлении деталей изделий используют термостойкую оснастку из графита; конструирование деталей и схем их армирования обычно проводят по высокотемпературной технологии.
Физ.-мех. и теплофиз. свойства углерод-углеродных материалов (см. табл.) существенно зависят от температуры обработки и вида армирования. Для однонаправленно армированных углерод-углеродных материалов с общей пористостью ~ 12% предельные значения sраст, sизг, sсдв, и sсж могут достигать соотв. 600, 1200, 25 и 800 МПа. Коэф. температуропроводности колеблется от 5,5•10-3 м2/с (в плоскости армирования) до 3•10-3 м2/с (в перпендикулярном направлении). Электропроводность, уд. теплоемкость такие же, как и у исходных углеродных материалов. В окислит, средах углерод-углеродные материалы разрушаются с выделением оксидов углерода (на воздухе - при температуре больше 400 0C, в водяном паре - больше 630 0C); электрохим. окисление может идти и при комнатной температуре, причем скорость окисления зависит от плотности тока и приложенной разности потенциалов.
СВОЙСТВА УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ*
Армированные непрерывным волокном
Перекрестно армированные тканями
Пространственно армированные непрерывным волокном
Показатель
однонаправленно
перекрестно
матрица из кокса кам.-уг. пека
матрица из пиро-углерода
матрица из кокса кам.-уг. пека**
Объемная плотн., г/см3
1,40
1,42
1,35
1,96
1,76
1,96
Истинная плотн., г/см3
1,69
1,69
1,47
2,15
2,12
2,20
Пористость, %
12
10
10
3
12
3
Сопротивление, МПа сжатию
ось x
50
40
60
160
240
140
ось z
400
200
100
180
220
275
изгибу
ось x
_
_
_
140
250
125
ось z
800
110
130
160
230
140
растяжению
ось x
1,5
2,0
1,5
70
90
65
ось z
500
100
60
130
40
120
Модуль Юнга, ГПа
170
60
20
60
30
60
Коэф. теплопроводности, Вт/(м•К)(З00 К)
ось x
3,7
3,7
4,7
6,7
7
70
ось z
60
34
14
90
5
80
Температурный коэф. линейного расширения,
10-6K-1
ось x
4,3
4,6
5,2
0,8
1,5
1,7
ось z
0,4
0,6
2,2
0,8
1,5
1,6
* х, z - осн. оси армирования образца. ** Содержит дополнит, степень армирования.
Углерод-углеродные материалы - конструкц. материалы для высокотемпературных узлов ракетной и авиац. техники, электротермич. оборудования.
