Композиционный материал

 

Изобретение относится к авиационной, космической технике, электротехнике, автомобиле- и приборостроению, а именно к композиционным материалам на основе стекломатриц, армированных непрерывными углеродными наполнителями. Предложенный композиционный материал включает стекломатрицу 60-66 мас.%, содержащую SiO2, В2О3, а в качестве армирующего углеродного наполнителя, в количестве 34-40 мас.%, используют высокопрочный углеродный жгут на основе полиакрилнитрила, при этом стекломатрица дополнительно содержит SiOC, при следующем соотношении компонентов матрицы, мас.%: SiO2 58,9-69,3; В2О3 13,5-15; SiOC 15,7-27,6. Изобретение позволяет улучшить фазовую термостабильность и увеличить уровень разрушающего напряжения при изгибе при увеличении уровня рабочих температур выше 500oС. Предложенный композиционный материал содержит экологически-, пожаро- и взрывобезопасные компоненты. 1 з. п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к авиационной, космической технике, электротехнике, автомобиле- и приборостроению, а именно к композиционным материалам на основе стекломатриц, армированных непрерывными углеродными наполнителями.

Известен композиционный материал [1], имеющий химический состав, мас.%: Стекло "Пирекс" - 45,0-80,2 Углеродное волокно - 19,8-55,0 при следующем соотношении компонентов стекломатрицы [2], мас.%: SiO2 - 79,93 B2O3 - 12,12 Аl2O3 - 1,93 МgO - 0,17 СаO - 0,43 Nа2O - 3,68
K2O - 1,74
Недостатком этого материала является комплексное ухудшение прочности при воздействии повышенных температур в окислительной среде из-за интенсивного окисления углеродных волокон.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип [3], является композиционный материал химического состава, мас.%:
Стекломатрица - 50-80
Углеродное волокно - 20-50
при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%:
SiO2 - 90
B2O3 - 9,6
Аl2O3 - 0,4
Недостатками указанного материала являются низкая фазовая термостабильность, вызванная кристаллизацией стекломатрицы такого типа, с образованием кристобалита как на стадии изготовления детали, так и во время ее эксплуатации при температурах выше 500oС, низкий уровень рабочих температур (до 700oС) и низкий уровень разрушающего напряжения при изгибе при температурах выше 500oС.

Технической задачей изобретения является улучшение фазовой термостабильности и увеличение уровня разрушающего напряжения при изгибе, при увеличении уровня рабочих температур выше 700oС.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен композиционный материал, включающий стекломатрицу, содержащую SiO2, B2O3 и армирующий высокопрочный углеродный жгут на основе полиакрилнитрила, а стекломатрица дополнительно содержит SiOС, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Стекломатрица - 60-66
Указанный жгут - 34-40
при следующем соотношении компонентов матрицы, мас.%:
SiO2 - 58,9-69,3
B2O3 - 13,5-15
SiOС - 15,7-27,6
SiOС имеет состав, мас.%:
О - 2-4,7
С - 27,3-30
Si - Остальное
Авторами установлено, что содержание в стекломатрице оксикарбида кремния, при предлагаемом соотношение компонентов, позволит повысить температуру эксплуатации изделий из данного материала, приведет к улучшению фазовой термостабильности и увеличит уровень разрушающего напряжения при изгибе при увеличении рабочей температуры выше 700oС.

Пример осуществления
Дисперсные частицы стекломатрицы (SiO2, B2O3) с размерами 5-10 мкм смешивают в течение 2-4 ч с частицами оксикарбида кремния (размер частиц 10-20 мкм) в фарфоровых барабанах алундовыми шарами в среде золя диоксида кремния (содержание SiO2 до 25 мас.%), из расчета на 100 г сухой смеси 70-100 мл золя диоксида кремния. Полученным шликером матричного связующего пропитывают высокопрочные жгуты непрерывного углеродного армирующего наполнителя на основе полиакрилнитрила с их одновременной намоткой на барабан или выкладкой на формовочную плоскость в направлении 0o. Полученные полуфабрикаты нарезают, производят укладку слоев с заданной ориентацией и сушат при температуре 18-25oС до постоянной массы. Полученные заготовки укладывают в графитовые пресс-формы и подвергают горячему прессованию.

В табл. 1 и 2 представлены соответственно 4 состава и свойства полученных образцов композиционного материала в сравнении с прототипом.

Из табл. 2 следует, что предложенный композиционный материал позволяет улучшить фазовую термостабильность в 10-15 раз (устранить возникновение фазы кристобалита в стеклокерамической матрице), повысить уровень разрушающего напряжения при изгибе при увеличении рабочей температуры на 100oС (до 800oС).

Предложенный композиционный материал содержит экологически-, пожаро- и взрывобезопасные компоненты.

Источники информации
1. D.C. Phillips, R.A. Sambell, D.H. Bowen. The mechanical properties of carbon fiber reinforced Pyrex glass. // Journal of Materials Science 7 (1972). P.1454-1464.

2. Химическая технология стекла и ситаллов. /Под ред.Н.М. Павлушкина - М.: Стройиздат, 1983, с. 301.

3. Заявка DE 19504743 A1.


Формула изобретения

1. Композиционный материал, включающий стекломатрицу, содержащую SiO2 и В2О3, и армирующий высокопрочный углеродный жгут, изготовленный на основе полиакрилнитрила, отличающийся тем, что стекломатрица дополнительно содержит SiOC, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Стекломатрица - 60-66
Углеродный жгут - 34-40
при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас. %:
SiO2 - 58,9-69,3
В2О3 - 13,5-15
SiOC - 15,7-27,6
2. Композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что SiOC имеет состав, мас. %:
О - 2-4,7
С - 27,3-30
Si - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области получения керамических композитов

Изобретение относится к покрытию поверхности керамических волокон, предназначенных для керамических композиционных материалов, армированных волокнами, и способу нанесения покрытия

Изобретение относится к изготовлению изделий из композиционного материала, состоящего из пористой волокнистой подложки или заготовки, уплотненной матрицей, в частности деталей из углерод-углеродного композиционного материала или изделий из композиционного материала с керамической матрицей

Изобретение относится к электроизоляционным конструкционным стеклотекстолитам и может быть использовано в качестве электроизоляторов

Изобретение относится к электроизоляционным конструкционным стеклотекстолитам и может быть использовано в качестве электроизоляторов

Изобретение относится к способу получения композитного материала из упрочняющих волокон и матрицы, волокна которого имеют покрытие слоистой текстуры, образующее поверхность раздела между волокном и матрицей, причем покрытие представляет собой совокупность последовательно нанесенных элементарных слоев из разных компонентов, при этом один из компонентов имеет присущую ему слоистую текстуру, а другой компонент выполняет функцию, защищающую от окисления первый компонент

Изобретение относится к электроизоляционным конструкционным стеклотекстолитам и может быть использовано в качестве электроизоляторов

Изобретение относится к способу химической инфильтрации в паровой фазе материала в среду волокнистого субстрата

Изобретение относится к строительным материалам на основе стекла и может быть использовано для изготовления облицовочных плит с высокими физико-механическими свойствами для защиты строительных конструкций и технологического оборудования от воды и радиации

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составам шихты на основе стеклянного порошка для изготовления пористых фильтров, используемых для очистки жидкостей и горячих газов при температурах до 620°С

Изобретение относится к солнцезадитным ограждающим конструкциям и может быть использовано в строительстве

Изобретение относится к композициям кремнезема, в частности к композициям непрозрачного кремнезема
Изобретение относится к композиционным материалам, а именно к композиционным материалам на основе стекломатриц, армированных углеродными волокнистыми наполнителями, используемым для изготовления теплонагруженных деталей, например бандажных колец, применяющихся в авиационной, космической технике и машиностроении
Изобретение относится к композиционным материалам, а именно к композиционным материалам на основе стеклокристаллических матриц, армированных углеродными наполнителями для изготовления теплонагруженных деталей с острой кромкой, таких как стойки, проставки переходных устройств, элементы резьбового крепежа и т.д
Изобретение относится к композиционным материалам, а именно к композиционным материалам на основе стеклокерамических матриц, армированных углеродными наполнителями для изготовления теплонагруженных узлов и деталей перспективной авиационно-космической техники, наземных, энергетических, нефте-, газоперекачивающих, транспортных систем и новых областей общего и специального машиностроения, работающих при температурах до 1300°С
Наверх