Углерод-углеродные материалы

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. У.-у. м. по сравнению с графитом характеризуются низкой плотностью (вследствие пористости материала), высокими уд. прочностью и жесткостью, сохраняющимися неограниченно долго в инертных и восстановит, средах при т-рах до 3000 ⁰C (при более высоких т-рах св-ва зависят от скорости сублимации углерода с пов-сти материала), а также пластич. характером разрушений.

Изделия из однонаправленно, перекрестно и хаотически армированных У .-у. м. получают карбонизацией соответствующих углепластиков при т-ре 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, к-рый 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 т-ра обработки всегда выше т-ры 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. св-ва У.-у. м. (см. табл.) существенно зависят от т-ры обработки и вида армирования. Для однонаправленно армированных У.-у. м. с общей пористостью ~ 12% предельные значения s_раст, s_изг, s_сдв, и s_сж 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 У.-у. м. разрушаются с выделением оксидов углерода (на воздухе - при т-ре больше 400 ⁰C, в водяном паре - больше 630 ⁰C); электрохим. окисление может идти и при комнатной т-ре, причем скорость окисления зависит от плотности тока и приложенной разности потенциалов.

СВОЙСТВА УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ*

* х, z - осн. оси армирования образца. ** Содержит дополнит, степень армирования.

У.-у. м.- конструкц. материалы для высокотемпературных узлов ракетной и авиац. техники, электротермич. оборудования.

Лит.: Термоустойчивость пластиков конструкционного назначения, под ред. Е.Б. Тростянской, M., 1980; Костиков В.И., "Ж. Всес. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева", 1989, т. 34, в. 5, с. 492-501; Композиционные материалы, справочник под ред. В. В. Васильева, Ю. M. Тарнопольского, M., 1990. См. также лит. при ст. Композиционные материалы. С. А. Колесников.