Композиционные материалы никель — углеродное волокн

Никель — графитовое волокно. Композиционный материал никель — углеродное волокно получали горячим прессованием прядей графитового волокна, уложенных в одном направлении, на которые предварительно наносилось электролитическим методом никелевое покрытие толщиной 1—3 мкм [203, 204]. Для предотвращения взаимодействия волокна с никелевой матрицей на углеродное волокно наносят карбидные покрытия (патент США № 3796587, 1972 г.). В качестве примера применения карбидного покрытия на графитовом волокне может служить покрытие из карбида титана, наносимое на волокно методом его погружения в расплав, состоящий из металла-носителя, не взаимодействующего с волокном, например индия и растворенного в нем титана. Расплав содержал 99,5% индия и 0,5% титана. Для покрытия волокно погружали в такой расплав, нагретый до температуры 850° С, на 4 мин. После отмывки этого волокна в течение 15 мин в 50%-ном растворе соляной кислоты на поверхности графитового волокна оставался слой покрытия карбида титана толщиной 0,5 мкм. Режимы диффузионной сварки углеродного волокна с никелевым покрытием, приведенные в указанных выше работах, примерно одинаковы. Во всех случаях прессование осуществлялось в вакууме 2-10 —1 10 мм рт. ст. при температуре 840—1100° С, давлении 100—175 кгс/см в течение 45—60 мин. Оптимальный режим получения композиционного материала с углеродным волокном без нанесенного предварительного защитного покрытия температура 1050° С, давление 140 кгс/см и время выдержки 60 мин. Полученный по такому режиму материал, содержащий 46—55 об. % волокна Торнел-50, имел предел прочности 55—73 кгс/мм . [c.143]

Метод вакуумной пропитки применяли для получения композиционного материала алюминий — углеродное волокно. На жгуты из углеродного волокна наносили покрытие из кремния, карбида кремния или никеля, улучшающее смачиваемость и уменьшающее взаимодействие волокна с расплавом. Жгуты с покрытыми волокнами в вакууме (2—5) 10 мм рт, ст, загружали в расплавленный алюминий. Полученный композиционный материал, содержащий 30 об.% углеродного волокна, имел предел прочности 75 кгс/см (патент Японии № 7300106, 1973 г.). [c.100]

Предполагается использование композиционных материалов на никелевой основе для длительной работы при температурах выше 1000° С. Однако разработка таких материалов затруднена из-за отсутствия упрочнителей, которые могли бы без потери прочности длительно работать в контакте с никелевой матрицей. Из металлических упрочнителей с точки зрения совместимости с никелевой матрицей лучшей пока остается вольфрамовая проволока, обеспечиваюш,ая довольно высокие значения длительной прочности в композиционных материалах на основе никелевых сплавов. Характеристики прочности и длительной прочности некоторых композиций приведены в табл. 18—22 и 61. Из таблиц видно, что введение вольфрамовой проволоки в количестве 40— 70 об. % позволяет получить материал с длительной (100-часовой) прочностью при 1100° С, равной 13—25 кгс/мм . Основными недостатками этих материалов является высокая плотность и необходимость защиты от окисления при высоких температурах. В этой же таблице приведены свойства композиции никель—углеродное волокно. Композиция привлекательна своей невысокой плотностью. Однако прочность ее невелика, и композиция не может работать длительно при температурах выше 1000° С из-за взаимодействия волокна с матрицей. [c.217]

Модуль упругости никеля и композиции никель — углеродное волокно измеряли вплоть до температуры 1000 С, испытания кратковременной прочности композиции с волокнами Торнел-75 проводили до 1050° С. Величина кратковременной прочности при 500° С составляет для рассматриваемого композиционного материала 520 МН/м (53,1 кгс/мм ), однако при дальнейшем повышении температуры испытаний значение этой характеристики резко уменьшается, а разрушение композиционного материала начинает сопровождаться выдергиванием армирующих волокон из матрицы, что свидетельствует об уменьшении прочности связи матрицы и волокна. График изменения предела прочности композиции при изгибе в зависимости от температуры испытаний имеет максимум [c.396]

Осаждение покрытия происходит в том случае, если материал является катализатором для восстановительной реакции. Ввиду того, что углерод не является катализатором реакции восстановления ионов меди, никеля, поверхность углеродных волокон необходимо предварительно обработать, придав ей каталитические свойства. С этой целью углеродные волокна подвергают обработке в окислительной среде и проходят стадию сенсибилизации и активации прежде, чем покрываются из химического раствора металлом. Поверхностная обработка в окислительной среде положительно сказывается и на свойствах углеродного волокна при работе в композиционном материале повышается сила сцепления с основой, увеличивается прочность композиции на сдвиг [5]. [c.148]

В работах Сара были исследованы также сложноармированные образцы композиционного материала никель-углеродное волокно трех-, пяти- и семислойные образцы с ориентацией монослоев под углами 0,45 и 90° к направлению нагружения при испытаниях. Механические характеристики образцов с любым типом армирования удовлетворительно совпадали с расчетными. Это совпадение указывает на то, что в первом приближении микротрещины и напряжения, возникающие из-за разности температурных коэффициентов линейного расширения монослоев композиционного материала в различных направлениях по отношению к оси армирования, не оказывают существенного влияния на предел прочности и модуль упругости сложноармированного композиционного материала. [c.396]

Последующие исследования композиции на основе никелевой матрицы были направлены на изучение механических свойств и характера разрушения композиционного материала [13], контролируемого методами оптической и электронной сканирующей микроскопии. Компактные образцы материала в этой работе также получали горячим прессованием углеродных волокон с предварительно нанесенным электролитическим никелевым покрытием (использовали углеродный жгут фирмы Курто с числом элементарных филаментов около 10 ООО). Чрезвычайно низкие значения механических характеристик полученного композиционного материала авторы объясняют малой прочностью связи матрицы и волокна, охрупчиванием матрицы и разупрочнением углеродных волокон в процессе формирования композиции. Как и в предшествующей работе, отмечается, что композиционный материал никель — углеродное волокно обладает чрезвычайно низкой стойкостью в окислительных средах при 600° С волокна полностью выгорали за 5 ч. Скорость окисления волокон в композиции значительно выше, чем волокон, взятых отдельно. Это явление объясняется, по всей вероятности, тем, что кислород диффундирует через никелевую матрицу в атомарном состоянии, т. е. в наиболее активной форме. [c.399]

Методом пропитки получали композиционный материал алюминий— углеродное волокно [126, 127, 155, 169] (патент ФРГ № 2115925, 1972 г.)- При этом для улучшения смачиваемости углеродные волокна предварительно покрывали никелем [20, 98], танталом [155], двухслойным покрытием из меди и никеля. Положительный эффект при пропитке углеродного волокна алюминием оказывает введение в расплавленный алюминий 0,5— 1,0% титана, предотвращающего образование на границе раздела матрица —волокно фазы AI4 3 и повышающего на 50% предел прочности изделия. [c.97]

Таким образом, предварительные исследования показали, что для получения композиционного материала бериллий — углеродное волокно жидкофааными методами необходимо использовать углеродные волокна с барьерными покрытиями из элементов, температура плавления которых выше, чем у бериллия, например из железа, никеля кобальта или титана. [c.413]

Работы в США по разработке композиционного материала системы никель — углеродное волокно проводилось Сарой 186— 90] в лаборатории фирмы Union arbide и Нэшем [72—74] в Бат-талевском институте. Сара и его сотрудники использовали непрерывный углеродный жгут Торне л-75, на который наносили элек- [c.394]

Потенциальную прочность композиции никель — углеродное волокно исследовал Перри с сотрудниками [80]. На волокна наносили покрытие из матричного сплава Ni — 10% Со различной толщины, после чего проводили механические испытания элементарных волокон с матричным покрытием, моделирующим микрообразец композиционного материала с различным содержанием армирующего волокна. Установлено, что предел прочности и модуль упругости микрокомпозиции в точности соответствует значениям, определенным по правилу смесей при этом разрушение инициируется в волокне, а не в матричном материале. [c.400]

В целом следует отметить, что метод элех тролитического осаждения никеля -и никелевых сплавов на углеродные волокна обеспечивает формирование плотного покрытия, однородного по толщине по всему сечению жгута. Однако различные дефекты (пористость, разупрочнение й механическое разрушение волокон, формирование недостаточной прочности связи на межфазной границе и т. п.), образующиеся при получении компактного материала, не позволяют реализовать высокую исходную прочность углеродных волокон и получить материал с теоретической прочностью. Верхний предел рабочей температуры композиции никель — углеродное волокно ограничен наличием интенсивного взаимодействия в системе, приводящего к рекристаллизации и разупрочнению армирующих волокон, и низким сопротивлением материала окислению, протекающему весьма интенсивно из-за разложения молекулярного 1 ислорода на атомарный при диффузии его через никелевую матрицу. Возможно, что использование более жаростойких никелевых сплавов, специальная поверхностная обработка волокон и разработка методов формирования компактного композиционного, материала прессованием через жидкую фазу позволит преодолеть все эти трудности. [c.400]

Подводя итоги вышесказанному, следует еще раз отметить, что углеродное волокно довольно интенсивно разупрочняется при нагреве в контакте с металлами. Это разупрочнение проявляется раньше, чем становятся заметными какие-либо изменения в структуре композиционного материала или волокна. В контакте с металлами, растворяюш,ими углерод без образования химических соединений (никель, кобальт), процесс разупрочнения при невысоких температурах осуществляется в результате растворения волокон, а при повышенных температурах — за счет рекристаллизации. В контакте с металлами, растворяющими углерод с образованием химических соединений (алюминий, магний), процесс разупрочнения осуществляется вследствие глубокого локального травления волокна. [c.88]

Перед нанесением покрытия волокна подвергали очистке, сенсибилизации и активирующей обработке. Для очистки поверхности волокон от поливинилового спирта их подвергали кипячению в воде. Сенсибилизацию проводили в течение 1—2 мин в растворе, содержащем хлористое олово—2 г/л и соляную кислоту — 50 г/л затем волокно промывали в воде и помещали на 1—2 мин п активирующий раствор (хлористый палладий — 0,1 г/л и соляная кислота — 10 г/л). Покрытия из электролитов № 1 и 2 содержали в своем составе от И до 15,6% по массе фосфора. Наличие фосфора в никеле снижает его температуру плавления до 970° С, углеродные волокна в контакте с ним охрупчива-ются, что значительно снижает прочность композиционного материала. [c.186]

ВЫЙ материал), борные и углеродные волокна. При создании жаропрочных композиционных материалов на основе никеля используется вольфрамовая проволока. Наиболее широкое применение в качестве матрицы волокнистых композиционных материалов получил алюминий и его сплавы (АМгб, В95, Д20 и др.). Наиболее дешевым и доступным упрочняюш,им материалом является стальная проволока. Материал марки КАС-1 содержит 40 % (по объему) стальной проволоки диаметром 0,15-0,3 мм. При этом прочность материала достигает 1600 МПа, что значительно превосходит прочность высокопрочных алюминиевых сплавов. [c.265]

Де Ламотт с сотрудниками [18] сообщил о получении образцов углеалюминиевого композиционного материала методом непрерывного литья на установке, схема которой показана на рис. 20. Углеродные волокна предварительно покрывали слоем никеля, а затем пропускали через калиброванную фильеру в дне тигля, в котором находился матричный расплав. Жидкий металл в этих условиях, хорошо пропитывая углеродный жгут, затвердевает в фильере, в результате чего получается пруток-полуфабрикат из композиционного материала. [c.369]

Работы Нэша [72—74] посвящены созданию композиционных материалов на основе никеля и кобальта, армированных углеродными волокнами, для использования их в горячей зоне газотурбинных двигателей. Наибольшее внимание уделено материалу с матрицей на основе кобальта, так как при электролитическом осаждении никеля на углеродные волокна не удалось предотвратить одновременного осаждения фосфора из электролита. Это приводило к формированию хрупких включений фазы NiaP, образующей зерна легкоплавкой фосфидной эвтектики в матрице композиционного материала, в результате чего резко снин ались механические характеристики материала, особенно при высоких [c.397]

Дальнейшее усовершенствование процесса электроосаждения никеля и подбор оптимального состава электролита позволило получить никелевые покрытия, не содержащие фосфора. Методом изостатического прессования этих волокон были получены образцы композиционного материала с плотностью, составляющей 98% от теоретической. Результаты испытаний композиций с 50об.% углеродных волокон приведены на рис. 43. Прочность композиционного материала оказалась несколько ниже расчетной, причем расхождение теоретических и экспериментальных данных увеличивается при возрастании температуры испытаний. Главной причиной недостаточно высоких прочностных характеристик полученного материала авторы считают разупрочнение углеродных волокон при формировании композиции, к этому следует добавить, что снижение механических свойств может быть также вследствие недостаточной прочности связи на границе матрицы и волокон. При исследовании взаимодействия никелевой матрицы с углеродным волокном при температуре 980° С (предполагаемой температуре использования материала) и жаростойкости композиции установлено, что последняя для композиционного материала определяется скоростью окисления углеродных волокон с образованием моноокиси углерода в результате массовой диффузии кислорода через слой матричного металла, а также вследствие окисления волокон по длине при выходе торцов волокон на поверхность исследуемого образца. Было показано, что при достаточно высоких температурах и длительных выдержках углеродные волокна полностью выгорают, оставляя открытые поры в матричном металле. [c.398]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...