ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПИРОУГЛЕРОДНОЙ МАТРИЦЫ В УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ
Аннотация
Пиролитическое уплотнение пористых подложек является одним из методов получения углерод-углеродных композиционных материалов. Формируемая при этом пироуглеродная матрица обладает рядом характеристик, исследование которых основано на понятии оптической анизотропии и угла экстинкции Ае, а также межплоскостном расстоянии d002, размере кристаллитов в направлении укладки графитовых слоев Lc и среднем размере графитовых плоскостей параллельно слою в кристаллитах La. В данной работе были исследованы оптическим и рентгенофазовым методами три образца углерод-углеродных композиционных материалов, ранее полученных при различных параметрах термоградиентным методом. Так, исследуемые образцы отличались типом текстуры и структурными характеристиками пироуглеродной матрицы. Для образца 1 угол экстинкции составил 5°, для образца 2 и образца 3 – 19° и 41° соответственно. Диапазон угла экстинкции для пироуглеродной матрицы в исследуемых образцах углерод-углеродных композиционных материалов шире, чем представленный в литературных источниках. Согласно классификации пироуглерода, матрица образца 1 является темным ламинарным пироуглеродом, образца 2 – грубо ламинарным пироуглеродом, образца 3 – высоко текстурированным пироуглеродом. Наибольшее значение d002, равное 0,3476 нм, наблюдалось на образце 2. Пироуглеродная матрица образца 2 обладает самой низкой степенью трехмерной упорядоченности относительно образца 1 и образца 3. Наибольшей степенью трехмерной упорядоченности обладает образец 3 с высоко текстурированной пироуглеродной матрицей. Однако отсутствует прямая зависимость между текстурными и структурными характеристиками пироуглеродной матрицы. Следовательно, изучение пироуглеродной матрицы должно быть основано и на оптических, и на рентгенофазовых методах.
Литература
Fialkov A.S. Carbon, interlayer compounds and composites based on it. M.: Aspect Press. 1997. 718 p. (in Russian).
Shchurik A.G. Artificial carbon materials. Perm: 2009. 342 p. (in Russian).
Morgan P. Carbon Fibers and their Composites. Boca Raton: CRC Press. 2005. 1131 p. DOI: 10.1201/9781420028744.
Aseinov N.I., Burtyl I.V. Methods of thrust vector control rockets solid fuel. Reshetnevskie chteniya. 2013. V. 1. P. 109 (in Russian).
Degtyar V.G., Kalashnikov S.T., Krechka G.A., Save-liev V.N. Carbon-carbon composite materials for prod-ucts of rocket and space technology. Konstr. Funkts. Ma-ter. 2013. N. 2. P. 12–17 (in Russian).
Evdokimov I.A., Ovsyannikov D.A., Khairullin R.R., Perfilov S.A., Pozdnyakov A.A., Sukhorukov D.V., Lomakin R.L., Pakhomov I.V. Transport properties of nanostructured aluminum-matrix composite materials modified with carbon nanostructures. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 44–49. DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.4y.
Evdokimov I.A., Khairullin R.R., Perfilov S.A., Pozdnyakov A.A., Lomakin R.L., Pakhomov I.V., Kulnitsky B.A. Nanostructural composite material modified with graphene-like particles. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 12. P. 37–43. DOI: 10.6060/ivkkt.20206312.3y.
Vallerot J.-M. De pyrocarbone: propri´et´es, structure et anisotropie optique. L’universite Bordeaux I. 2004. 276 p.
Zhang M., Su Z., Xie Z., Chen J., Huang Q. Microstructure of Pyrocarbon with Chemical Vapor Infiltration. Proc. Eng. 2012. V. 27. P. 847–854. DOI: 10.1016/j.proeng.2011.12.530.
Vallerot J.-M., Bourrat X., Mouchon A., Chollon G. Quantitative structural and textural assessment of laminar pyrocarbons through Raman spectroscopy, electron diffraction and few other techniques. Carbon. 2006. V. 44. N. 9. P. 1833–1844. DOI: 10.1016/j.carbon.2005.12.029.
Vallerot J.-M., Bourrat X. Pyrocarbon optical properties in reflected light. Carbon. 2006. V. 44. N. 8. P. 1565–1571. DOI: 10.1016/j.carbon.2005.12.046.
Zhang D.S., Li K.Z., Guo L.J., Li H.-j, Li H.-l. Texture characterization and mechanical properties of pyrocarbon obtained by chemical vapor deposition at 1450–1550°С. Mater. Sci. Eng.: A. 2012. V. 539. P. 1–6. DOI: 10.1016/j.msea.2011.10.046.
Deng H., Li K., Li H., Wang P., Xie J., Zhang L. Effect of brake pressure and brake speed on the tribological properties of carbon/carbon composites with different pyrocarbon textures. Wear. 2010. V. 270. N 1. P. 95–103. DOI: 10.1016/j.wear.2010.09.010.
Zhang H., Eddie L.-H., Ping X. Fluidized bed chemical vapor deposition of pyrolytic carbon-III. Relationship be-tween microstructure and mechanical properties. Carbon. 2015. V. 91. P. 346–357. DOI: 10.1016/j.carbon.2015.05.009.
Reznik B., Guellali M., Gerthsen D., Oberacker R., Hoffmann M.J. Microstructure and mechanical properties of carbon–carbon composites with multilayered pyrocarbon matrix. Mater. Lett. 2002. V. 52. N 1. P. 14–19. DOI: 10.1016/S0167-577X(01)00357-3.
Piat R., Schnack E. Modeling the effect of microstructure on the coefficients of thermal expansion of pyrolytic carbon. Carbon. 2003. V. 41. N 11. P. 2162–2165. DOI: 10.1016/S0008-6223(03)00231-8.
Wang T., Zhang S., Ren B., Li K., Li W., Li H. Optimizing mechanical and thermal expansion properties of car-bon/carbon composites by controlling textures. Curr. Appl. Phys. 2020. V. 20. N 10. P. 1171–1175. DOI: 10.1016/j.cap.2020.08.002.
Zhang D., Li K., Li H., Jia Y., Guo L., Li H. Coefficients of thermal expansion of low texture and isotropic pyrocarbon deposited on stationary substrates. Mater. Lett. 2012. V. 68. P. 68–70. DOI: 10.1016/j.matlet.2011.10.012.
Skachkov V.A., Ivanov V.I., Nesterenko T.N., Berezhnaya O.R. Some physical and technical characteristics of pyrographite. Metalurgiya. 2019. V. 41. P. 56–59 (in Russian).
Jia J. Zhang B.; Liu D., Ji G. Microstructure and properties of CNTs reinforced CVI-pyrocarbon matrix. J. Eur. Ceramic Soc. 2020. V. 11. P. 23-31. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.11.023.
Wang T., Li H., Shen Q., Li K., Li W., Song Q., Zhang S. Dependence of mechanical properties on microstructure of high-textured pyrocarbon prepared via isothermal and thermal gradient chemical vapor infiltration. Compos. Pt. B: Eng. 2020. V. 192. P. 107-119. DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.107982.
Li M.-L., Qi L.-H., Li H.-J., Xu G.-Z. Measurement of the extinction angle about laminar pyrocarbons by image analysis in reflection polarized light. Mater. Sci. Eng.: A. 2007. V. 448. N 1. P. 80–87. DOI: 10.1016/j.msea.2006.11.104.
Bamborin M.Yu., Yartsev D.V., Kolesnikov S.A. Influ-ence of high-temperature treatment on X-ray structural characteristics and thermal conductivity of carbon-carbon composite materials. Novye Ogneupory. 2013. P. 27–32 (in Russian).
Sosedov V.P. Properties of carbon-based structural mate-rials. Directory. M.: Metallurgy. 1975. 336 p. (in Rus-sian).
