главная > справочник > химическая энциклопедия:

Углерод-углеродные материалы

Углерод-углеродные материалы, композиционные углеграфитовые материалы на основе углеродной матрицы и углеродных волокон. В качестве матрицы используют пироуглерод, коксовые остатки термореактивных смол, кам.-уг. или нефтяного пека, в качестве волокон-наполнителей - высокопрочные углеродные волокна - нити (непрерывные и рубленые), жгуты, ткани, пространств. конструкции из

волокна углерод-углеродных материалов по сравнению с графитом характеризуются низкой плотностью (вследствие пористости материала), высокими уд. прочностью и жесткостью, сохраняющимися неограниченно долго в инертных и восстановит, средах при температурах до 3000 ⁰C (при более высоких температурах свойства зависят от скорости сублимации углерода с пов-сти материала), а также пластич. характером разрушений.

Изделия из однонаправленно, перекрестно и хаотически армированных углерод-углеродных материалов получают карбонизацией соответствующих углепластиков при температуре ок. 1000 ⁰C или уплотнением пористой углеродной матрицы с помощью повторяющихся процессов пропитки волокон термореактивными смолами с послед, карбонизацией. Изделия из пространственно армированных материалов получают формированием углеродной матрицы в объеме предварительно изготовленного волокнистого каркаса путем карбонизации термопластичных пеков под давлением или осаждением на каркас углерода, образующегося при пиролизе газообразных углеводородов. Во всех случаях избегают деформирования исходного каркаса, который до сформирования углеродной матрицы не обладает конструкц. жесткостью. С учетом конкретных условий эксплуатации изделия на практике проводят сочетание разл. технол. приемов с высокотемпературной обработкой в инертной среде или вакууме. что позволяет изменять структуру материала и регулировать объем пор. Предельная температура обработки всегда выше температуры эксплуатации получаемых изделий. Во избежание остаточных внутр. напряжений при конструировании и изготовлении деталей изделий используют термостойкую оснастку из графита; конструирование деталей и схем их армирования обычно проводят по высокотемпературной технологии.

Физ.-мех. и теплофиз. свойства углерод-углеродных материалов (см. табл.) существенно зависят от температуры обработки и вида армирования. Для однонаправленно армированных углерод-углеродных материалов с общей пористостью ~ 12% предельные значения s_раст, s_изг, s_сдв, и s_сж могут достигать соотв. 600, 1200, 25 и 800 МПа. Коэф. температуропроводности колеблется от 5,5•10^-3 м²/с (в плоскости армирования) до 3•10^-3 м²/с (в перпендикулярном направлении). Электропроводность, уд. теплоемкость такие же, как и у исходных углеродных материалов. В окислит, средах углерод-углеродные материалы разрушаются с выделением оксидов углерода (на воздухе - при температуре больше 400 ⁰C, в водяном паре - больше 630 ⁰C); электрохим. окисление может идти и при комнатной температуре, причем скорость окисления зависит от плотности тока и приложенной разности потенциалов.

СВОЙСТВА УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ*

* х, z - осн. оси армирования образца. ** Содержит дополнит, степень армирования.

Углерод-углеродные материалы - конструкц. материалы для высокотемпературных узлов ракетной и авиац. техники, электротермич. оборудования.

Лит.: Термоустойчивость пластиков конструкционного назначения, под ред. Е.Б. Тростянской, M., 1980; Костиков В.И., "Ж. Всес. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева", 1989, т. 34, в. 5, с. 492-501; Композиционные материалы, справочник под ред. В. В. Васильева, Ю. M. Тарнопольского, M., 1990. См. также лит. при ст. Композиционные материалы. © С. А. Колесников.