Способ получения углеродсодержащего композиционного изделия

 

О П И С А-4Æ И Е

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (»)530849 (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 26.09.74.(21) 2063222/26 (51) М. Кл.-"

С 01 В 31/02 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР па делам изобретений и открытий (43) Опубликовано05.10.76.Бюллетень №37 (53) УДК 661.666.1. (088. 8) (45) Дата опубликования описания13.12.76

К. A Андрианов, Г. Н. Багров, С. А. Колесников, В. С. Матыцын, В. И. Резанов, Л. М. Хананашвили, А. Т. Каверов и А. М. Леонтьев (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО

КОМПОЗИЦИОННОГО ИЗДЕЛИЯ

Изобретение относится к способу получения углеродсодержащих композиционных изделий, используемых BJIH работы при высоких температурах, например, в ракетостроении, авиастроении, металлургии .. 5

Известен способ получения конструкционного углеродсодержащего композиционного изделия, включающийпропитку углеродного волокна связующим, формование заготовки, карбонизацию и уплотнение пироуглеродом (1). н) Полученное по такому способу углеродсоцержащее композиционное изделие характеризуется нецостаточной стойкостью к окислению. 15

Известен также способ получения углеродсоцержащего композиционного изцелия, включающий пропитку углеродного волокна (предварительно покрытого пирокарбидом кремния) карбонизующимся связующим, прессование, 20 карбонизацию заготовок в нейтральной или

O восстановительной среце при 700-1200 С, покрытие карбонизованной заготовки пирокарбидом кремния с последующимосаждением пиролитического /глероца из углероцсодержа- 25 о щих газов при 900-1200 С и охлаждением заготовок 1 2 )

Однако введение новой фазы (пирокарбида кремния) в состав материала приводит к возникновению значительных внутренних напряжений из-,за разности коэффициентов термического расширения пирокарбида кремния и угле— родного материала. Это вызывает при небольших потерях веса значительное снижение прочности композиционного изделия.

С целью повышения стойкости изделий к о окислению при 500-900 С по предлагаемому способу охлажденные заготовки подвергают о термоокпслительной обработке при 300-550 С в течение 5-100 час до потери веса 5—

1 0 вес.,о и цоголнптельно осаждают ппроуглероц из углеродсодержащих газов при о

900-1200 С в течение 90-180 час.

Указанные приемы позволяют уменьшить содержание водорода в материале. Удаление водорода обусловливает атомную перестройку структуры и формирование конденсированных кольцевых систем, приводя.цее к упорядочению структуры, благодаря чему увеличивается стойкость к окислению. Границы по530849 терь 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 10 вес,% происходит сильное разрушение структуры материала и дополнительной пропиткой пироуглеродом не удается повысить прочность материала до исходного уровня. Температурные границы процесса окисления 300-55 О С обусловленьг тем, что при температурах нио же 300 С кокс связуюшего не окисляется и перестройка структуры не наблюдается, при

550 С начинает окисляться углеродное во— локно, что приводит к снижению прочности изделия.

Дополнительное уплотнение пироуглеродом необходимо для увеличения плотности и прочности материала, подвергшегося окислению.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Углеродное волокно в вице нитей, жгутов, ленты пропитывают термореактивным и термопластичным кремнийорганическим связуюМ шим (например, полифенилоксидифенилпропансилоксаном, полифенилсилсесквиоксанами, полиметилсилсесквиоксанами) или смесью его с эпоксидной смолой, формуют в заготовку, карбонизуют 30-60 час при 700-1200 С

30 уплотняют пироуглеродом 70-120 час при о

900-1200 С до привеса 19-20 вес.%, подвергают термоокислительной ооработке при о

300-550 С в течение 5-100 час до потери веса 5-1 0 вес.% и дополнительно . зждают пироуглерод из углеродсодержащих гаЗЬ о зов при 900-1200 С в течение 90-180час до привеса 8-1 2 вес.%.

Пример, Углеродное волокно на основе ПАН берут в виде жгута из 24 нитей

40 (16 основных и 8 оплеточных). Каждаянить состоит из 300 филаментов, Плотность волокна 1,7 г/см, прочность 200 кгс/см .

Ъ

В качестве связуюшего берут полифенилоксидифенилпропансилоксан Б-1 с добавкой 1 0% эпоксидной смолы ЭД-5, в качестве растворителя-ацетон марки "х,ч". Содержание связующего в растворе 40%. Волокно пропускают через ванну со связующим и наматывают с натяжением 300 г/нить на рамку размером 260х210. Содержание волокна в заготовке 65 + +2%, связующего 35 «+ 2 /.

После сушки на воздухе заготовку срезают с рамки и термообрабатывают 1 час на возо духе при 100 С. После сушки прессуют пластиньг размером 260х70х3 мм по следующему режиму: скорость нагревания 1-2 С/мин, о давление 50 кгс/см, конечная температура

2. о прессования 270 С, время выдержки 1 час, Карбонизацию осуществляют в тигельной печи с электрообогревом при скорости повьгшео ния температурьг 17 С/час в среде углеродо ной засыпки при 900 С в течение 52 час, а уплотнение пироуглеродом — в печи ЭВШ250 при давлении 20 мм рт.ст. и интенсивности газообмена 0,8 мин в среде метао на при 1 1 00 С в течение 90 час . После уплотнения пироуглеродом материал охлаждают и разрезают на образцы размером 55х х15х3 мм. Полученные образцьг окисляют в проточной циркуляционной установке при расходе воздуха 2,5 см /см . сек при 300

3 Й о и 500 С (также возможно окисление в муфельной печи на воздухе) до потерь веса образцами 5,1 и 9,8 вес.% и снова осаждают о пироуглерод при 1100 С в течение 90 час.

Режим окисления образцов материала, полученного по предлагаемому и известному способам, и результаты их испытаний привецены в таблице.

530849

Я 1 со

tQ

1 (4

Т о о о о о о л и о о о

Я о и о о о

Щ

1 о! 1 о о о х х х

О

Ц о х

И о (Q с»!

03

«»

» л ! 1 с л1 х а х o

<б о о

Ю Э

I0 и о о о о

Ю

00 о..о а

v o о д Я IQ

< сО и CD о (б х

Ф х х

1 х

Л о

0> а а о! о л

1 о

3 (,Л а

О ъ

E» f»

O O о а с 3 10

3х

Zl

Л

2 с х

C в

Ю Ф щ а

K 1: о и о о

Ф он х !

»

Я х о

М а !» х Ф

& х о х о о

Ц

w u о х а и о (р

О о

Е"

\о

О

f»

1 о о щ

Q) о

Е а а х

В о х

М о х ах

Л еЗ

o u

Ж

»» а.

Е ц о о

А ц о

o< а щ

v ох> о о

И оох ах х зх

Ф а о

М о х

Я охо а

„сЧ

Л х х Л

a) х Л а в < o о

ы х о

Kl о

- O л! с0 л

O O

1 O O л1

53084,4» + ;, °

7 8

Как видно из приведенных в таблице данных, материал, полученный по предлагаемому способу, имеет вдвое меньшие потери веса и в 1,5-2 раза большую прочность, чем материал, полученный по известному способу.

Составитель Т, Ильинская

Техред О. Луговая Корректор А. Лакида

Редактор 3. Бородкина

Заказ 5398/131 Тираж 630 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

Способ получения углеродсодержашего комlO позиционного изделия, включающий пропитку углеродного волокнистого наполнителя карбонизующимся связующим, прессование, карбонизацию спрессованных заготовок с последующим осаждением пироуглерода из углеродсо15 держащих газов и охлаждением заготовок, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости изделий к окислению, охлажденные заготовки подвергают термоокислио тельной обработке при 300-550 С в течение

5-100 час до потери веса 5-10 вес.% и дополнительно осаждают пироуглерод из углео родсодержащих газов при 900-1200 С в течение 90-180 час.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

l. Авт.св, СССР N 430619, кл. С 01

В 31/04, 29.06.72 г (прототип), 2. Авт.св. СССР ¹ 346318, кл. С 08

Я 53/20, 16.12.70 г. (аналог).