строение (557054), страница 69
Текст из файла (страница 69)
При получении композита на первоначальной стадии наполни- тель пропитывают термореактнвной смолой, далее отверждают связ ющее, затем проводят карбонизацию отвержденного связующего зую и наполнителя с последующей многократной пропиткой, отверждением и карбонизацией полученных продуктов. Материал часто упрочняют пирографитом, который получается при пиролизе углеводородов — зто один из наиболее перспективных методов уменьшения пористости, Прн проведении карбонизации под давлением получают монолитную структуру. Материал модифицируют введением элементов, образующих карбиды и нитриды (Ы, Х, Та), в результате повышается стойкость композита в окислительной среде.
Углерод — углеродные материалы имеют высокую прочность (ов = 100... 700 МПа), прочность на сжатие составляет от 800 до 1200 МПа, ударная вязкость — 50... 100 кДж7мв, компознт стоек к механическим и термическим ударным нагрузкам. В нейтральной среде и вакууме термостоек до 2500 'С. Ниже представлены сравнительные свойства углерод-углеродных композицион» ных материалов: Пиролитичгский графит получают осаждением из газовой фазы на подложку продуктов термического разложения (пнролиза) углеводородных газов.
' Стгклоугдерод — продукт термической обработки целлюлозы илн синтетических смол. Различные виды и марки графита отличаются по своей плотности, которая колеблется от 200 до 2230 кг7мв. Графиты с плотностью 200... 1200 кг!мв относятся к пористым и высокопористым. Плотность пенографита составляет 200 кг7мв, пористость— 180 %. Плотность пирографита 1800... 1900 кг7мв, порнстость 15... 30 %. Плотность стеклоуглерода 1400... 1500 кг7м', порнстость составляет 0,2... 1 %. Для уменьшения пористости, газопроницаемости, водопроницаемости технический графит подвергают термохимической и термомеханической обработке. После обработки получают рекрнсталлизованный графит, отличающийся от исходного наличием в структуре упорядоченных крупных мало- дефектных кристаллов.
Для уменьшения пористости, повышения термостойкости и сопротивления эрозии, технический графит обрабатывают парами кремния. Получают после обработки силицированный графит, представляющий собой композицию из графита, карбида кремния и кремния. Для повышения плотности н стойкости к эрозии графит легнруют бором, кремнием, гафнием, ниобием, кобальтом и другими элементами. Стеклоуглерод является плотным изотропным материалом, сочетающим свойства стекла и углеграфитовых материалов, имеющим низкую проницаемость для жидкостей н газов, отличается высокой стойкостью к эрозии.
Важным преимуществом графита является его высокая химическая стойкость к кислотам и щелочам. Стеклоуглерод почти не взаимодействует с расплавами металлов, галогенидов, сульфидов, теллуридов и т. п, К недостаткам графита следует отнести его слабое сопротивление окислению, которое начинается на воздухе при 400... 500 'С. Для защиты от окисления применяют покрытия из силнцидов кремния, циркония, ниобия. Графит сублимирует при 3700 'С. Максимальная рабочая температура в инертной среде и в вакууме для различных марок графита от 1000 до 2500 'С. Теплопроводность технического графита в продольном направлении приближается к теплопроводности алюминия, в поперечном направления к латуни, пирографит в продольном направлении имеет теплопроводность 320 Вт7(м К), у зтеклоуглерода — 2 ...
13 Вт7(м К). Прочность графита зависит от величины прочных ковалентных связей между атомами углерода, расположенными в плоскостях, и относительно слабых связей между плоскостями. При комнатной температуре технический графит имеет прочность, прн растяжении от 7,0 до 21,0 МПа. Одной из особенностей графита, отличающей его от других (ги,М(ул конструкционных материалов, является его высокая удельная прочность и г увеличение прочности с ростом температуры.
При температурах ( 2000 'С прочность возрастает линейно, а в интервале температур 2400 ' ... 2600 'С значения прочности увеличиваются в два раза по сравнению с измеренной при комнатной температуре (рис. 158). Это явление объясняется залечиванием трещин вследствие самодиффузии атомов углерода. При этом одновременно увеличивается плотность и газонепроницаемость материала. Модуль упругости недостаточно высок, графит разрушается хрупко. Стеклоуглерод, являющийся высокотемпературным мате. риалом, обладает малой газопроницаемостью, высокой устойчивостью к агрессивным средам.
Это перспективный конструкционный материал. Ниже приведены механические свойства стеклоуглерода различных марок и графита: ге(г уа 74 а ЛУ(Г Дж Лтос, Г Рис. (98. Зависимость пв ниро графита (!1 и технического грв Фита (91 от температурм т. кг!м пи г, мна Стеклоуглерод: СУ-20 , . .
.. . .. . , 1380 ... 1480 СУ-30..., . 1000... 1270 Высокопрочный рекристпллиаопииный графит ...... 1800... 1850 140 ... 210 210 ... 240 44 ... 58 Продолжение з, мп» р мкпим м (е-е К-х Стеклоуглерод: СУ-20 СУ-30 Высокопрочный рекристаллнзоппнный графит 23... 25 15... 17 1О... 13 45... 54 45 ... 54 1О ... 15 3,7 ...
5,7 3,0 ... 5,2 Газопроницаемость вышеуказанных материалов составляет 10 см/с. Температура эксплуатации в инертных средах и в вакууме СУ-20 — 2000 'С; СУ-30 и высокопрочного рекристаллизованного графита — 3000 'С. Углеграфитовые материалы используются в деталях, подвергающихся действию высоких температур, таких как ведущие кромки и системы теплоизоляции ЛА, детали сопел реактивных двигателей — вкладыши критических сечений сопловых блоков и покрытия камер сгорания, газовые рули. В качестве нагревостойких теплоизоляционных материалов используют графитовые ленты и графитовые ткани. Химически чистый технический графит используют в качестве замедлителя нейтронов, что связано с его сечением захвата нейтронов и способностью замедлять их скорость.
$ 6. Техническая керамика В горячем тракте двигателя и элементах конструкции ЛА, подвергающихся высокотемпературному нагреву, используют керамику, отличающуюся высокой огнеупорностью в окислительной среде. Оксидную керамику высшей огнеупорности получают спеканием тонкодисперсных порошков чистых высокотемпературных кислых оксидов: алюминия, циркония, и основных оксидов: бериллия, магния, кальция, тория, урана и церия. Поликристаллическая оксидная керамика почти не содержит стекловидной и газовой фазы. Такая структура имеет высокие теплопроводность и огнеупорность, термическую и химическую стойкость, жесткость и устойчивость к ползучести. Температуры плавления кристаллической фазы оксидной керамики лежат в пределах 2000 ...
3300 'С, рабочие температуры составляют (0,8 ... 0,9) / ; температурный коэффициент линейного расширения (сс) пропорционален температурам плавления и равен от 8,5 1О е до 13,8 10 ' К-'. С повышением температуры линейное расширение оксидных керамик возрастает; коэффициент теплопроводности (19) колеблется в пределах ! ... 3 Вт/(м К) за исключением ВеО„у которого )ь ж 160 Вт/(м. К). Оксидные керамики имеют высокую кислого- и щелочестойкость, Однако ВеО, МяО и СаО растворяются в кислотах. А1,0, и 2709 устойчивы к расплавленным щелочным металлам. В сухом воздухе и в окислительных средах высокоогнеупорные оксиды устойчивы.
В восстановительных средах в контакте с углеродом и серой они могут вступать в реакцию. Оксидные керамики на основе тория, бериллия и циркония отличаются малой летучестью при высоких температурах, поэтому они хорошо работают в вакууме, где другие оксиды непригодны. Изменения свойств керамики в результате облучения почти полностью устраняются термообработкой (отжигом). Оксидные керамики хорошо работают на сжатие или изгиб, при этом оа ж 0,1 (о',). Механические СВОйСтВа КЕРаМИКИ СНИжаЮтСЯ ПРИ ПО- Пв Мггп вышении пористости изделий и окружакдцей температуры (рис. 159). Для Дш Й99 А1,0, пористость в 10 % снижает сопротивление ползучести в 10 раз.
(оу Наибольшей термостойкостью обла- лр 7гег дают высокотеплопроводные спеченные А!,О, и ВеО. Термостойкость для них снижаегся с ростом пористости и из- гз ру(рспп мельчением зерна. Спеченный глинозем (оксид алюмиНня) ПрнМЕНявтея дЛя ИЗГОтОВЛЕНИя Об- Рис. !99. Температурная зава. ГЕКЗГЕЛЕй радиОЛ(П(а(П(ШП(Ь(11 антЕНН симость прочности различных > а керамик н граФнта Окскдная кера- мика н,', мпа о, мпа оса — е К вЂ” 1 М Вт/!м К1 и, гпа р, кг!и' им 30.2... 6,08 (100... 1 600) 1,95... 2,44 (100...
1 400) 218,6... 151,1 (100... 1 600) 34,4... 6,57 (100... ! 600) 10,4... 3,34 (1оо... 1 000) 9,8 ... 3,4 (!00 ... 1 000) !40 ... 265 а-А!»Оя (ко- рунд) ЕтО» (стабили- зированная) ВеО 7,5 (1 000... 1 600) 10,0 (30... 1 000) 10,6 (25... 1 700) 12 ... 16 (зоо ... ! 800) 10,4 (25... 1 500) !0,0 (О... 1 000) 2 050 350...490 148 ... 130 (20... 1 500) 105 ... 280 (20... 1 200) 98,5... 42 (25... 1 300) 84 ... 49 (20...
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
