Способ получения углеродсодержащего композиционного изделия

О П И С АИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистицеских Республик(22) ЗаЯвлено 26.09.74.(21) 2063222/26 51) М. Кл,-" С 01 В 31 рисоединением заявкиГасударственный комит Совета Министров ССС па делам изобретений н открытий5) Дата опубликования описания 13.12.76 Г. Н. Багров, С. А. Колесников, В. С. Матыцын,М. Хананашвили, А. Т. Каверов и А. М. Леонтьев К. А. Андриан В. И. Резанов(71) Заявител 54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАШЕ Изобретение относится к способу получения углеродсодержащих композиционных изделий, используемых для работы при высоких температурах, например, в ракетостроении, авиастроении, металлургии 5Известен способ получения конструкционного углеродсодержашего композиционного изделия, включающийпропитку углеродного волокна связующим, формование заготовки, карбонизацию и уплотнение пироуглеродом Ц, 10 глеродсо- характери- окисле 15 н Известен также способ получения углеродсоцержащего композиционного изцелия, включающий пропитку углеродного волокна (предварительно покрытого пирокарбидом кремния) карбонизующимся связующим, прессование, 20 карбонизацию заготовок в нейтральной или восстановительной среце при 700-1200 С, покрытие карбонизованной заготовки пирокарбидом кремния с последующимосаждением пиролитического углерода из углеродсодержа Полученное по такому способу держащее композиционное изделие зуется недостаточной стойкостью оших газов при 900-1200 С и охлаждением заготовок 1 2 1Однако введение новой фазьг (пирокарбида кре;гния) в состав материала приводит к возникновению значительных внутренних напряжегпгй из-,за разности коэФФициентов термического расширения пирокарбида кремния и угле - родного материала, Это вызьгвает при небольших потерях веса значительное снижение прочности композиционного изделия.С целью повышения стойкости изделий коокислению при 500-900 С по предлагаемому способу охлажденные заготовки подвергагото термоокпслительной обработке при 300-550 С в течение 5-100 час до потери веса 5 -- 1 0 вес.оо и дополнительно осаждают пцроуглероц из углеродсодержащих газов прио900-1200 С в течение 90-180 час.Указанньге приемы позволяют уменьшить содержание водорода в материале. Удаление водорода обусловливает атомную перестройку структурьг и формирование конденсированных кольцевых систем, приводя.цее к упорядочению структург;г, благодаря чему увеличивается стойкость к окислению. Границы по 530849терь веса 5-1 0 вес.% обусловлены степенью перестройки структуры материала. При потерях веса менее 5 вес.% перестройки внутренней структуры кокса связующего не происходит и повь шение окислительной стойкости не наблюдается, при потерях веса более 1 0 вес,% происходит сильное разрушение структуры материала и пополнительной пропиткой пироуглеропом не удается повысить прочность материала до исходного уровня. Температурные границы процесса окисления 300-550 С обусловлены тем, что при температурах ниоже 300 С кокс связующего не окисляется и перестройка структуры не наблюпается, при 550 С начинает окисляться углеропное во- ц локно, что приводит к снижению прочности изделия.Дополнительное уплотнение пироуглеропом необходимо пля увеличения плотности и прочности материала, подвергшегося окислению.Преплагаемый способ заключается в слеп уюшем.Углеропное волокно в вице нитей, жгутов, ленты пропитывают термореактивным и термопластичным кремнийорганическим связуюМ щим (например, полифенилоксипифенилпропансилоксаном, полифенилсилсесквиоксанами, полиметилсилсесквиоксанами) или смесью его с эпоксидной смолой, формуют в заготовку, карбонизуют 30-60 час при 700-1200 С30 уплотняют пироуглеропом 70-120 час прио900-1200 С по привеса 19-20 вес.%1 подвергают термоокислительной ооработке прио300-550 С в течение 5-100 час по потери веса 5-1 0 вес.% и дополнительно , зждают пироуглероп из углеропсопержаших гаЗЬозов при 900-1200 С в течение 90-180 час по привеса 8-12 вес,%.П р и м е р, Углеропное волокно на основе ПАН берут в виде жгута из 24 нитей40(16 основных и 8 оплеточных). Кажпаянить состоит из 300 филаментов, Плотность волокна 1,7 г/см, прочность 200 кгс/см .эВ качестве связуюшего берут полифенилоксидифенилпропансилоксан Бс побавкой 1 О/о эпоксидной смолы ЭД, в качестве растворителя-ацетон марки "х,чф. Сопержание связующего в растворе 40%. Волокно пропускают через ванну со связующим и наматывают с натяжением 300 г/нить на рамку размером 260 х 210. Содержание волокна в заготовке 65 + 2%, связующего 35 + 2%. После сушки на воздухе заготовку срезают с рамки и термообрабатывают 1 час на возопухе при 100 С. После сушки прессуют пластины размером 260 х 70 хЗ мм по слепующему режиму: скорость нагревания 1-2 С/мин,о давление 50 кгс/см, конечная температурайопрессования 270 С, время выпержки 1 час, Карбонизацию осуществляют в тигельной печи с электрообогревом при скорости повьшеония температуры 17 С/час в среде углеропоной засыпки при 900 С в течение 52 час, а уплотнение пироуглеродом - в печи ЭВШ при давлении 20 мм рт.ст. и интенсивности газообмена 0,8 минв срепе метаона при 1100 С в течение 90 час . После уплотнения пироуглеропом материал охлаждают и разрезают на образцы размером 55 х х 15 хЗ мм. Полученные образцы окисляют в проточной циркуляционной установке при расходе возпуха 2,5 см /см . сек при 3003 Йои 500 С (также возможно окисление в муфельной печи на воздухе) по потерь веса образцами 5,1 и 9,8 вес.% и снова осаждаютопироуглероп при 1100 С в течение 90 час.Режим окисления образцов материала, полученного по предлагаемому и известному способам, и результаты их испытаний приве- цены в таблице.ах обо об Эй Ю о о о о Я Ю 03 о ао о олаф д Ю Ю л сО 1 О Ж о (б х Ф х х 1х фЛ оО хаа о 1Е оЙ (,- Б а О ъ о о о а с 3 Ж 3 х ЛО ц ха хг ф Ф щ а Ж Е о о о о ФонхО 3оМчх Фхо хо ооо хаи о)оо щф х ха оЕ аахо х М ох ах2 ец 2 2 д х а О . ц о о хо хднф о офа о ох у о о и а ац х с( Ф а о М о х Ю 5 хо а1; 53084.,дф ; фф7 8Как видно из приведенных в таблице данных, материал, полученный по предлагаемому способу, имеет вдвое меньшие потери веса и в 1,5-2 раза большую прочность, чемматериал, полученный по известному способу. Составитель Т, ИльинскаяТехред О. Луговая Корректор А, Лакида Редактор 3, Бородкина Заказ 5398/131 Тираж 630 Подписное ЦНИИПИ Госупарственного комитета Совета Министров СССР по пелам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб и. 4/5филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Формула изобретения Способ получения углеропсопержашего комЮ позиционного изделия, включающий пропитку углеродного волокнистого наполнителя карбонизуюшимся связующим, прессование, карбонизацию спрессованных заготовок с последующим осажпением пироуглеропа из углеродсо 15 пержащих газов и охлаждением заготовок,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения стойкости изделий к окислению, охлажденные заготовки подвергают термоокислиотельной обработке при 300-550 С в течение5-100 час по потери веса 5-10 вес.% и дополнительно осаждают пироуглерод из углеоропсопержащих газов при 900-1200 С в течение 90-180 час.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авт.св, СССР Ио 430619, кл, С 01В 31/04, 29.06.72 г (прототип),2. Авт.св. СССР ИР 346318, кл. С 08С 53/20, 16.12.70 г. (аналог).