ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Особенности свойств углерод-углеродных композиционных материалов из "Пространственно-армированные композиционные материалы " Армирующие волокна. В процессе создания углеродной матрицы на этапе графитизации углеродные волокна подвержены длительному воздействию режима термообработки, который приводит к некоторым изменениям их кристаллической структуры. Степень изменения последней зависит от свойств волокон [109]. Подтверждением этому служат опыты, проведенные на волокнах Торнел 25 ( = 172 ГПа) и Торнел 40 ( = = 276 ГПа) в инертной атмосфере в течение 10 ч при 2600 °С. В ходе опытов обнаружено существенное повышение степени графитизации волокон — изменение среднего размера кристаллита или высоты пакета параллельно кристаллографической оси. Для волокон Торнел 25 размер кристаллита возрос в 2 раза, а для Торнел 40 в 1,5 раза. Для низкомодульных волокон повышение степени графитизации при длительном воздействии высоких температур было подтверждено повторными опытами. Волокна с более высоким модулем упругости (Торнел 50), выдержанные в течение 24 ч при температуре 2750 С, не проявили явных изменений в структуре. [c.181] Изменение кристаллической структуры волокон заметно отразилось на их прочности при растяжении (табл. 6.13). [c.181] Влияние рассматриваемых- факторов (см. табл. 6.14) неодинаково проявляется на свойствах материала в направлениях у н 2. Для образцов, вырезанных в направлении а, увеличение числа циклов уплотнения с 7 до 13 незначительно повышает прочность и модуль упругости при растяжении, в то время как для направления у этот фактор сказывается весьма заметно. Такое же явление имеет место и на этапе графитизации при повышенных температурах, о чем свидетельствует сопоставление значений указанных характеристик после 13-го цикла уплотнения и после графитизации. Если для направления г проведение этапа графитизации при 2650 °С резко снизило значения предела прочности и модуля упругости, то для направления у, наоборот, прочность в среднем возросла в 2 раза, а значение модуля упругости осталось на прежнем уровне. [c.181] Несколько другой характер изменения уплотнения и графитизации от числа циклов имеют характеристики, полученные из опытов на изгиб (см. табл. 6.14). Увеличение числа циклов уплотнения с 7 до 13 весьма эффективно сказывается на значениях предела прочностн для всех направлений армирования, для модуля упругости — только для направлений с меньшим коэффициентом армирования (дг, у). В направлении г модуль упругости с увеличением числа циклов уплотнения заметно снн.жается, а после проведения графитизации при повышенной температуре его значение несколько увеличивается, но резко снижается прочность при изгибе (так же как и при растяжении). Для направлений с меньшим коэффициентом армирования (х, у) графитизация практически не оказывает заметного влияния на модуль упругости и прочность при изгибе (см. табл. 6.14). [c.183] Установленное изменение свойств материала является следствием процесса формирования матрицы в угле-род-углеродиых композиционных материалах, который в значительной степени зависит от характера распределения волокон по направлениям армирования (см. с. 177) [28]. [c.183] Примечани я 1.ТО — термообработка матрицы ПО — поверхностная обработка волокон. [c.183] Примечания 1. Коэффициент вариации для упругих характеристик составляет 4— 6%, для прочностных — 9— 11 %. [c.184] Прочностные характеристики угле-род-углеродных материалов также чувствительны к технологическому режиму их создания. Замена полимерной матрицы на углеродную в меньшей степени отражается на прочности при сжатии материала и в большей степени влияет на прочность прн растяжении. Потеря прочности при сжатии незначительна, в то время как прочность при растяжении снизилась очень существенно. Относительно низкие показатели прочности при растяжении углерод-углеродных материалов, вероятно, оказывают влияние и на прочность их прн изгибе. [c.186] При создании композиционных материалов на основе углеродной матрицы особое внимание уделяется вопросу повышения их плотности [109]. [c.186] Композиционные материалы 3D с углеродной матрицей имеют некоторые различия и Б разрушении образцов. При всех видах нагружения (исключение составляет изгиб) имеет место мгновенное разрушение образцов. Характер их разрушении х[)упкий. При испытании на растяжение и сжатие до разрушения не отмечалось локального разрушения связующего. [c.186] При растяжении образцы разрушаются по одной линии, а при сжатии разрушение их в большинстве случаев происходило по линии, перпендикулярной к направлению приложения нагрузки. В случае поперечного изгиба разрушение образцов происходит, как правило, в растянутой зоне. Следов в сжатой зоне не наблюдалось, причем для одних материалов имело место пластическое разрушение, а для других — хрупкое. Такое явление, очевидно, обусловлено технологическим ре.жимом их изготовления. [c.187] Некоторое различие в свойствах углерод-углеродных и полимерных материалов установлено и на цилиндрических образцах (табл. 6.18). Отличительной особенностью рассматриваемых материалов по сравнению с пиролитическим графитом является их низкая теплопроводность при повышенных температурах (рис. 6.14). Материал МодЗ имеет также меньшие значения коэффициентов линейного расширения, чем коэффициенты пиролитического графита (рис. 6.15). [c.187] АТ1-5 (табл. 6.19). Углерод-углерод-ные материалы 30 значительно превосходят поликристаллический графит по прочности при растяжении (табл. 6.19). [c.187] Преимущества в свойствах при нормальных температурах, которые приобретают углерод-углеродные материалы вследствие модификации схем армирования, сохраняются и при повышенных температурах (табл. 6.20). [c.187] Изменение интервала между нитями в трехмерноармированных материалах на основе углеродной матрицы не оказывает заметного влияния на прочность, теплопроводность и температурный козффициент линейного расширения [109, 123]. Интервал между нитями влияет на характер пор и степень искривляемости нитей. [c.188] Типичные характеристики углерод-углеродных материалов ЗП, матрица которых получена методом газофазного осаждения, а также комбинированным методом, приведены в табл. 6.21. Каркас изготовляли из полиакрилнитрильных волокон с одинаковым шагом их расположения по трем ортогональным направлениям. Данные табл. 6.21 свидетельствуют о том, что равномерное распределение волокон в каркасе при использовании метода газофазного осаждения для формирования матрицы не приводит к отклонению свойств материала по направлениям армирования. Комбинированный же метод создания матрицы приводит к существенному различию в некоторых свойствах материала по направлениям армирования. [c.188] При задании трех независимых упругих констант материала одно из соотношений (6,1)—(6.3) удовлетворяется тождественно, а два остальных определяют недостающие коистант1 1 из пяти введенных в рассмотрение. В качестве независимых констант упругости рассматриваемого материала можно принять, например, три в главных осях , Оо, V( или две из них Оо и вдоль оси I. [c.192] Вследствие симметричности матрицы сдвиговые деформации в поперечном к плоскости 2 3 направлении зависят от нормальных напряжений в этой плоскости. Взаимное влияние касательных напряжений и сдвиговых деформаций происходит также при возникновении их в плоскости основания тетраэдра и одной из ортогональных к ней плоскостей. Взаимовлияния сдвиговых характеристик, относящихся к двум поперечным к основанию тетраэдра плоскостям, не происходит, так как = О. Таким образом, плоскость 2 3, ортогональная одному из направлений волокон, не обладает свойством упругой симметрии. Известно, что при наличии плоскости упругой симметрии поворот осей в ней не обнаруживает влияния поперечных касательных напряжений на деформации в этой плоскости, хотя имеется взаимное влияние сдвиговых характеристик в двух поперечных к к ней плоскостях. [c.193] Вернуться к основной статье