ФОРМИРОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИЗОСТАТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОЙ МАТРИЦЫ
Аннотация
На отдельных этапах технологии «Высокие давления - Высокие температуры» получения углеродных матриц проведены исследования формирования уровня свойств углерод-углеродных конструкционных материалов при растяжении, сжатии и изгибе. Из кривых деформирования рассчитывали величины модуля упругости. В работе показаны преимущества данной технологии - постоянное сохранение пористости в открытом виде, доступном для последующего этапа импрегнирования прекурсора углеродной матрицы. В результате, технически, достигается наиболее эффективное заполнение всех уровней поровой структуры углеродных волокон и многомерных структур с размерами от долей и до тысяч мкм. Зависимости изменения физико-механических свойств от пористости углеродной матрицы качественно изменялись для трёх состояний композита: высокопористый (отсутствие монолитности материала); плотный материал (100%-ая реализация модуля упругости арматуры); высокоплотный материал (~100%-ая реализация прочности арматуры). Показано, что прочность композита соответствует представлениям о «связанном» и «несвязанном» пучке волокон по Вейбулу. По этим моделям проведены расчёты прочности при растяжении углерод-углеродного композиционного материала и получены результаты в хорошем соответствии с экспериментальными. Установлено, что уровень пористости ~ 0,14 и соответствующий ему уровень плотности ~ 1,8 г/см3 являются границей для формирований углерод-углеродных композиционных материалов с данным типом углеродной матрицы, с качествами конструкционного материала. При обеспечении гидростатического давления в процессе карбонизации нет физических причин разделения технологической схемы на «предварительные» и «финишные» процессы с различным набором оборудования.
<span style="opacity: 0;"> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . </span>
Литература
Protsenko A.K., Kolesnikov S.A. Carbon-carbon technolo-gy development and their development prospects. Collection of articles: The research institute of constructional materials based on graphite is 55 years old. M.: Nauchnye Tekhnologii. 2015. P. 31-59 (in Russian).
Lalit Manocha High performance carbon–carbon compo-sites. Sadhana. 2003. V. 28. P. 1, 2. P. 349–358.
Kostikov V.I., Kolesnikov S.A. Quality stages of develop-ment of physical properties of carbon-carbon composites when the carbon matrix formation in pore volume of carbon armature. Materialovedenie. 1997. N 1. P. 14-20 (in Rus-sian).
Farhana S., Ul-Haqan N., Kuo W-S. Degradation behav-ior of 4D carbon/carbon composites under supersonic oxida-tive air plasma. Ceram. Internat. 2013. 39. P. 7135–7142.
Shao H.C., Xia H.Y., Liu G.W., Qiao G.J., Xiao Z.C., Su J.M., Zhang X.H., Li Y.J. Densification Behavior and Per-formances of C/C Composites Derived from Various Carbon Matrix Precursors. J. Mater. Eng. Perform. 2014. V. 23(1). P. 133.
Antanovich A.A., Kolesnikov S.A. Isostatic technologies in carbon structural materials manufacturing. In digest prom-ising materials and technologies: monograph. V.1. Ed. by V.V. Klubovich. Vitebsk: UO «VSTU». 2017. 467 p. (in Russian).
Hatta H., Aoi T., Kawachara I., Kogo Y., Shiota I. Ten-sile Strength of Carbon–Carbon Composites: I – Effect of C–C Density. J. Compos. Mater. 2004. V. 38. N. 19. P. 1667-1684. DOI: 10.1177/0021998304044763.
Sarkara S., Kumarib S., Sekarana V.G., Mitrac R. Strength and fracture behavior of two-, three- and four-dimensionally reinforced carbon/carbon composites. Mater. Sci. Eng. A. 2010. 527. P. 1835–1843.
Hatta H., Goto K., Aok T. Strengths of C/C composites under tensile, shear, and compres-sive loading: Role of inter-facial shear strength. Compos. Sci. Technol. 2005. 65. P. 2550–2562.
Shigang A., Rujie H., Yongmao P. Numerical Study on the Thermal Conductivity of 3D Woven C/C Composites at High Temperature. Appl. Compos. Mater. 2015. 22(6). P. 823-835. DOI: 10.1007/s10443-015-9438-3.
Kremer N.Sh. Probability theory and mathematical statistics. M.: UNITY-DANA. 2001. 543 p. (in Russian).
Gunyaev G.M. Structure and properties of polymer compo-site fibrous composites. M.: Khimiya. 1981. 232 p. (in Rus-sian).
Holister S.C. Tomas K. Fiber reinforced materials. 1969. M.: Metallurgiya. 152 p. (in Russian).
Virgiliev Yu.S. Radiation change in strength properties of structural graphite. Atom. Energiya. 1971. V. 36. N 6.
P. 479-490 (in Russian).
Xia L., Huang B., Zhang F., Liu Z., Chen T. Effect of heat treatment on cracking and strength of carbon/carbon composites with smooth laminar pyrocarbon matrix. Materi-als and Design. 2016. 107. P. 33–40.
Tsukrov I., Drach B., Gross T.S. Effective stiffness and thermal expansion coefficients of unidirectional composites with fibers surrounded by cylindrically orthotropic matrix layers. Internat. J. Eng. Sci. 2012. 58. P. 129–143. DOI: 10.1016/j.ijengsci.2012.03.032.
Sharma R., Bhagat A.R., Mahajan P. Finite Element Analysis for Mechanical Characterization of 4D Inplane Car-bon/Carbon Composite with Imperfect Microstructure. Lat. Am. J. Solid. Struct. 2014. 11. P. 170 – 184.
Sharma R., Deshpande V.V., Bhagat A.R., Mahajan P., Mittal R.K. X-ray tomographical observations of cracks and voids in 3D carbon/carbon composites. Carbon. 2013. V. 60. P. 335 – 345.
