Термореактивные полимеры, применение

Термореактивные полимеры, применение под воздействием тепла отвердители катализаторов переходят в твердое состояние (отверждаются), причем этот процесс необратим, то есть при последующем охлаждении или нагреве они не размягчаются. В исходном состоянии имеют циклическую или линейную структуру, при нагревании часто в первоначальный момент размягчаются, легко растворяются в специальных растворителях.Термореактивные смолы получают из мономеров, имеющих более 2х функциональных групп. В процессе отверждения мономерные цепочки увеличиваются в 2х или 3х направлениях, образуя макромолекулы сетчатого или пространственного строения, все структурные элементы которых соеденины друг с другом прочными ковалентными связями. Отвержденное состояние такого полимера называют термостабильным.

В производстве КМ используют термореактивные связи на основе:

  1. Ненасыщенных сложных эфиров;
  2. Эпоксидных связующих;
  3. Фенолоформальдегидных смол резольного типа;
  4. Полиэмидов.

Полиэфирные связующие на основе ненасыщенных сложных эфиров (полиэфирмалеинаты, алигоэфиркрилаты) в промышленности термореактивные полимеры, применение которой являются наиболее распространенными из-за наименьшей токсичности, так как отвердитель входит в состав полимера, но имеют относительно низкие механические свойства.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Город: Пермь

Год: 2007

Полимерные связующие

Технологические особенности термореактивных полимерных связующих нам уже известны. Полимерные связующие получают двумя методами: полимеризация и поликонденсация. Эти процессы сопровождаются уменьшением объема (усадкой). Такое уплотнение при переходе мономера или олигомера в полимер связано с сокращением межмолекулярного расстояния с 3-4 до 1.5 ангстрем.
Полимерные связующие заключается в разрыве двойной связи и образовании из молекул мономера линейной (сетчатой, пространственной) макромолекулы полимера (полиэфирмалеинаты, алигоэфиркрилаты).Реакция поликонденсации — реакция между химически активными функциональными группами, приводящая к образованию нового вещества из остатка связанного с этими группами, с одновременным выделением молекулы низкомолекулярного соединения (воды, спирта, хлористого водорода, и т. д.). Пример — полифомальдегидные смолы.

Для получения методом поликонденсации полимера с высоким молекулярным весом необходимо полнее удалять выделенный при реакции низкомолекулярный компонент. Отверждение такого связующего начинается с момента его приготовления и заканчивается в готовом изделии.
Физико-химией полимеров установлено: вязкость полимеров возрастает с повышением молекулярного веса, одновременно повышается и его прочность. Возникает противоречие: снижая молекулярный вес, получаем выигрыш по технологическим параметрам, но проигрываем в свойствах
конечного продукта, и наоборот.

Особенность реактопластов, затвердевающих в реакциях поликонденсации состоит в том, что при их переработке возникает много так называемых «поперечных сливок», то есть жидких отходов. Это позволяет работать при низкой вязкости исходных компонентов, получая при этом высокие свойства конечного продукта. Эта особенность хороша с технологической точки зрения тем, что стадию первичного формования реактопластов (благодаря возможности регулировать вязкость реактопластов за счет скорости отвода третьего компонента) можно производить при минимуме усилий. Формование иногда происходит под собственным весом полимерные связующие.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Город: Пермь

Год: 2007

Полимерные матрицы

Температура длительной эксплуатации полимерных КМ не превосходит 100 °C, а КМ на основе фенолформальдегидных смол выдерживают тепловую нагрузку до 200 °C. Термостойкие полимерные матрицы фениленовые звенья чередуются с гибкими (амидными или сульфидными). Температура длительной эксплуатации таких полимеров достигает 400 °C. Кроме таких полимеров создается новый класс: полимеры с жесткими цепями, в которые вводятся жесткие гетероциклы. Циклические структуры устойчивы до 600 °C и выше. Практический интерес представляют в полимерные матрицы — ароматические полиамиды, полифиниленоксид, полисульфон, гетероциклические полиамиды, полиоксибензолы.

Длительная стойкость полисульфонов — до 250 °C, ароматических полиамидов — до 300 °C. Общий недостаток- требуют повышенных температур формования (300 °C), эфир-кетон с теплостойкостью до 350 °C требует температуры формования 400 °C.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Город: Пермь

Год: 2007

Свойства углеродных материалов

Свойства углеродных материалов, также особенности графита и углеграфитовых соединений являются:
Повышение прочности с повышением температуры. Большинство углеграфитовых материалов имеют максимальную прочность в диапазоне температур 2400-2800 °C, при температуре свыше 3200 °C прочность у них такая же, как при комнатной температуре.
Графит и углеграфитовые материалы имеют 2 области разупрочнения: 1я — в диап. темп. 500-700 °C, 2я – 1500-2500 °C. Однако, углеграф. материалы и графит имеют низкую стойкость к термическому удару, то есть быстрый нагрев приводит к разрушению, и невысокую химическую стойкость. Для повышения прочностных характеристик (сопротивлению термического удара в частности) в углеродную матрицу вводят углеродный же наполнитель, такие КМ получили название УУКМ. 
Классификация в зависимости от способа получения и состава:

  1. Коксовая;
  2. Пироуглеродная;
  3. Комбинированная;
  4. Модифицированная (легированная).

Прочностные и термические свойства УУКМ во многом определяются структурой и степенью адгезии углерод-коксовой матрицы к армирующему наполнителю.

Формирование углерод-коксовой матрицы происходит в процессе термохимического преобразования исходного матричного материала -углеводородосодержащего (углеродсодержащего) вещества. К исходным веществам для получения углерод-коксовой матрицы предъявляются следующие требования:

  1. Высокий выход углерода (60-80%) при карбонизации и его способность к графитации;
  2. Низкое давление паров в процессе карбонизации и отсутствие вспенивания при фазовом переходе углерода в твердое состояние;
  3. Термопластичность в процессе пиролиза и химическое взаимодействие с армирующими волокнами для увеличения их адгезионной связи с формирующей углеродной матрицей.

Для получения коксовой матрицы с высокими свойствами используют полимерные смолы и пеки, дающие структурированный углерод с высокой адгезией к армирующему наполнителю. Чаще всего в качестве смол применяют фенольные, фурфуриловые, полиамидные, реже эпоксидные смолы и полимеры на основе бензола и др.

Полимерные, в том числе олигомерные смолы, используемые в качестве сырья для получения углеродных матриц, должны содержать большое количество ароматических углеводородов, иметь высокую молекулярную массу, развитые поперечные связи, образовывать кольцевые связи в процессе карбонизации, с тем, чтобы при карбонизации получался высокий выход кокса, способного к графитации.
Следует выделить 2 наиболее характерные группы реакций, происходящих при термохимической обработке полимерных смол:

  1. Деполимеризация и циклизация (360-400 °C). При циклизации происходит глубокая деструкция полимера с выделением газообразных и жидких продуктов пиролиза и наблюдается наибольшая потеря массы.
  2. Рекомбинация и поликонденсация (400-1000 °C).

При температурах свыше 1000 °C начинаются преобладать структурно-химические процессы преобразования кокса.
К пространственным полимерам, дающим высокий выход углерода относятся материалы на основе фенолформальдегидных смол. Так у смолы СФ-490 коксовое число 59%, у СФ-010 — 68%, у ПАИС-104 — 63%.

Наиболее перспективным и прогрессивным направлением является использование в качестве сырья пеков, поскольку они имеют преимущества: доступность и относительно низкую стоимость, высокое содержание углерода при сохранении термопластичность, способность к графитации
подготовленных мезофазных пеков.

Обычно к пекам относят твердые, но плавкие продукты термических превращений асфальтосмолистых веществ, полученных из нефти, каменного угля или другого органического сырья.

В зависимости от применяемого сырья пеки подразделяют на:

  1. Нефтяные кислые гудроны;
  2. Нефтяные крекинговые пеки;
  3. Каменноугольные пеки;
  4. Полихлорвиниловые пеки;
  5. Тетрабензофенозиловые пеки.
  6. Нефтяные бенизмы.

Химический состав и свойства пеков изменяются в широких пределах в зависимости от природы исходного сырья и условий технологических процессов образования пеков.

Характеристики каменноугольных пеков:

  1. Температура размягчения 94-107 °C;
  2. Вязкость при 50 °C 30-50;
  3. Нерастворимость бензолом 24-28%;
  4. Нерастворимость фенолом 2-7%;
  5. Коксовое число 52-62%;
  6. Плотность 1.28-1.31 г/см3;
  7. Содержание серы 0.1-0.6%;
  8. Зольность 0.2-0.5%.

При нагревании пеков до 400-500 °C и выше образуется кокс. Получение пека можно рассматривать как определенную стадию карбонизации органического вещества, предшествующую коксообразованию. В определенных условиях в пеках может зарождаться и расти так называемая жидкокристаллическая фаза (мезофаза), которая в дальнейшем обеспечивает образование анизотропного графитирующего кокса. В связи с этим в настоящее время различают пеки изотропные (обычные, немезофазные) и анизотропные (мезофазные). Анизотропная структура всех графитирующих коксов формируется через мезофазное превращение в диапазоне температур 390-530 °C и представляет собой фазовый переход в такое жидкое состояние, в процессе которого большие ароматические молекулы изотропной пековой массы располагаются в параллельных плоскостях, образуя «жидкие кристаллы». «Жидкие кристаллы»мезофазы начинают образовываться при температурах 390-450 °C. При низкотемпературной карбонизации (550-650 °C) происходит фазовый переход мезофазы в твердый полукокс. Этот процесс сопровождается вспучиванием под действием выделяемых газов, что ведет к образованию мелкопористой структуры кокса. При вспучивании происходит глубокая деформация кокса, что приводит к увеличению дефектных структур на несколько порядков и при последующей обработке — к возникновению усадочных раковин. В общей схеме карбонизации наиболее ответственным этапом является регулирование, которое должно обеспечивать ароматизацию исходного сырья, а не распад его на газообразные продукты, так, чтобы образовывались конденсированные ароматические системы, так как даже простейшие из них (нафталин или антрацен) не образуют при пиролизе бензол, а склонны к образованию высокомолекулярных моноядерных продуктов уплотнения углерода.

В этом отношении нефтяное и каменноугольное сырье является наиболее перспективным, так как содержит ароматические конденсированные ароматические соединения, а также соединения, склонные к ароматизации при повышенной температуре. Из разных составов нефти предпочтительными являются высокоциклические и ароматические.

Дальнейшее формировании структуры и свойств углерод-коксовой матрицы зависит от условий термообработки, которую можно условно разделить на несколько стадий:

  1. Карбонизацию (900-1400 °C) — разложение органических соединений и формирование углерод-углеродной структуры кокса.
  2. Предкристаллизацию (1400-2000 °C) — упорядочение атомов C в более совершенную структуру с образованием так называемых переходных форм углерода.
  3. Гомогенная граффитизация (2000-3000 °C) — превращение переходных форм углерода в кристаллический графит.

На процессы структурирования свойства углеродных материалов (слоев) при термообработке оказывает влияние давление, которое на основе принципа Ле-Шателье-Броуна должно смещать процесс формирования в область более низких температур. При температуре > 2200 °C и атмосферном давлении наблюдается текучесть углеродных слоев, так называемый крип, скорость которого растет с температурой и давлением.

Крип способствует подвижности, росту упорядоченности углеродных слоев. При давлении 1000 МПа и температуре 1000 °C структурная трехмерная упорядоченность нефтяного кокса заканчивается.

Давление при карбонизации оказывает решающее значение на выход углерода. При давлении 1000 МПа и температуре 600 °C выход кокса по сравнению с обычным вариантом увеличивается в 2 раза, что связано с большей степенью ароматизации при разложении углеродных веществ.

Свойства углеродных материалов (Нефтяные каменноугольные пеки) образуют мягкий, хорошо граффитирующий углерод.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Название: Конструкционные и функциональные волокнистые композиционные материалы

Город: Пермь

Год: 2007

Пироуглерод

Пироуглерод — продукт разложения углеродсодержащих соединений на горячих поверхностях. Может быть получен при пиролизе этих соединений в конденсированной фазе. Однако, более распространен метод осаждения из гомогенно или гетерогенно разлагающихся газов и паров. Понятие пироуглерод объединяет различные материалы, отличающиеся структурой и свойствами, но «родственные» только по принципу получения их из парогазовой фазы.Пироуглерод — монолитное углеродное тело, образующееся на нагретых каталитически неактивных поверхностях.

Углеродные нити имеют форму цилиндрических игл или волокон, дина которых на несколько порядков превышает их диаметр. Углеродные нити получают на каталитически активных участках поверхности, представляющих собой либо участки, содержащие атомы металла, прежде всего Fe,
либо места дислокаций.

Известны 2 основных вида пироуглерода, структура и свойства которых определяется температурой образования:

  1. Низкотемпературный – 1000-1200 °C;
  2. Высокотемпературный – 1400-2200 °C.

Полученный в интервале 1500-2500 °C при концентрации метана 15% пироуглерод, состоит из конусов роста (пироуглеродная или слоистая структура). Изотропный углерод (сажа + хаотично слоистая структура). Переходный вид, содержащий области слоистых образований и изотропного углерода.
При газофазном осаждении образуется, как правило, пироуглерод, состоящий из конусообразных фрагментов. Он может иметь как четко выраженную форму глобулярной структуры, так и микроструктуру.

Особенностью пироуглеродной матрицы является сильно выраженная анизотропия физико-механических свойств в слоистых глобулярных структурах по направлениям параллельными и перпендикулярным плоскости осаждения. Особенно это существенно для прочности на сжатие и КЛТР. В направлениях параллельных плоскости осаждения прочность на сжатие в 3-5 раз ниже, а КЛТР на порядок выше чем в перпендикулярном направлении.

Установка для газофазного осаждения.

Установка состоит из реактора, станции управления, системы подачи природного газа, системы вакуумирования, водоохлаждающей системы и силового электрооборудования.

Заготовка — углеродный каркас — устанавливается на графитовые нагреватели, зажатые между тоководами. После вакуумирования камеры в реактор подают природный газ. Нагрев осуществляется прямым пропусканием тока через нагреватель, контроль температуры — подвижными хром-алюминиевыми термопарами, размещенными в кварцевых чехлах. В начале процесса термопара устанавливается спаем у поверхности нагревателя и в ходе процесса перемещается. При принятой схеме уплотнения пироуглеродом фронт пиролиза смещается вместе с термопарой от центра заготовки к периферии по мере разогрева элементарных слоев или волокон до температуры разложения природного газа. При газофазном охлаждении пироуглерода критерием установившегося технологического процесса и достаточно надежным параметром оптимизации функции управления (процесса) является одна из основных
характеристик пироуглеродного материала — плотность.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Название: Конструкционные и функциональные волокнистые композиционные материалы

Город: Пермь

Год: 2007

Комбинированная матрица

Формирование УУКМ

Комбинированная матрица формировании УУКМ связано, обычно, с наполнением жесткого каркаса углеродных волокон углеродной матрицей. Заполнение каркаса углерод-коксовой матрицей может проводиться, например, путем карбонизации под давлением. Пироуглеродную матрицу получают газофазным осаждением, но тот или иной метод имеет свои плюсы и не лишен и недостатков (невысокие прочностные свойства матрицы при жидкофазном методе, большие энергозатраты при газофазном методе и др.). Поэтому часто применяют так называемый комбинированный или комплексный метод формирования углеродной матрицы, который сочетает в той или иной последовательности пропитку пеком (смолой) с последующей карбонизацией и уплотнение (доуплотнение) пироуглеродом из газовой фазы. Таким образом комбинированная матрица УУКМ состоит, как правило, из углеродных волокон, пироуглерода и углерод-кокса. Наряду с доуплотнением, для повышения стойкости к окислению, термостойкостью и т.д.

Графитация УУКМ

УУКМ часто подвергают графитации. Для этого используют термообработку в диапазоне температур 2000-3000°С. Морфология углеродной матрицы после графитации зависит от конкретной температуры термообработки. Углерод, сформировавшийся при температуре 2000 °C имеет склонность образовывать смешанные квазикристаллические структуры. Для него характерно отсутствие последовательности в размещении кристаллов, слои графита непараллельны, разорваны, перемешаны. Расстояние между базовыми (основными) плоскостями, характеризующее степень упорядоченности углеродной матрицы относительно велико: 3.44 ангстрема.

Тепловая обработка

Комбинированная матрица в процесс тепловой обработки при 3000 °C состоит в превращении неупорядоченного материала, содержащего дефекты основных или базовых плоскостей, в материал, состоящий из основных плоскостей, свободных от дефектов. Это превращение сопровождается уменьшением расстояния м/у основными плоскостями до величины, близкой к расстоянию между основными плоскостями в одиночном кристалле графита (3.35 ангстрема). Происходит уплотнение материала и изменение его свойств — материал приобретает высокую электрическую проводимость и теплопроводность.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Название: Конструкционные и функциональные волокнистые композиционные материалы

Город: Пермь

Год: 2007

Углеродная матрица

Модифицированная (легированная) углеродная матрица материалов означает введение в материал различных элементов или их композиций. Легирование углеродной материалов преследует следующие цели:
  1. Изменение химических и физических свойств материала в результате образования твердых растворов и комплексов.
  2. Использование донорных и акцепторных элементов для изучения электронной структуры и направленное изменение электрических свойств.
  3. Влияния на структуру преобразования в процессе термической обработки исходных органических соединений.

Вводимые в материал атомы делятся на 2 категории:

  1. Атомы с объемом, близким к объему атома углерода, то есть способные заменить его в кристаллической решетке (Si, B, N, O);
  2. Атомы с объемом большим объема атома углерода, однако способные замещать углерод, несущественно изменяя решетку графита.

Наиболее эффективно замещает атомы C в слое B. B и его соединения является также катализаторами процесса графитации. Вводят их в количестве 3§5% по массе в исходный материал при жидкофазном формировании углеродной матрицы, а также в предварительно карбонизированный углеродный материал. Каталитическая активность бора проявляется уже при низкотемпературной графитации (2350 °C). Под влиянием соединений B происходит гомогенная граффитация углерода, с образованием совершенной трехмерной структуры.

В качестве легирующих добавок также используют карбидообразующие элементы IV группы периодической системы, которые оказывают существенное влияние на физико-химические свойства получаемых графитов и УУКМ. Эти элементы не входят в решетку графита, а локализуются в виде небольших карбидных включений в объеме материала. Они ускоряют процесс совершенствования структуры во время термообработки. Уникальными свойствами обладают композиции такого типа:

  • графит — карбид кремния — кремний или так называемый силицированный графит.

Силицированные углеграфитовые материалы обладают большой износоустойчивостью и низким коэффициентом трения, высокой термической и химической стойкостью, более высокой температурой окисления (1350-1550К), повышенной эрозионной стойкостью, меньшим давлением паров и скоростью
испарения, высокой твердостью.

Боросилицированная углеродная матрица отличаются от силицированных повышенной жаростойкостью, что связано с образованием на поверхности изделий сплошной, самовосстанавливающейся боросиликатной пленки, обладающей повышенной термостойкостью и твердостью карбидной фазы. Изделия из боросиликатных материалов способны длительное время работать на воздухе при темпер. до 1500 °C, выдерживают многократные резкие теплосмены от 20 °C до 2350 °C и практически не смачиваются расплавленными цветными металлами. Введение бора, кремния и карбида кремния в состав фенолформальдегидных смол и олигомеров повышает выход кокса при карбонизации до 78%.
Соединения Cr, Mn и Mo также оказывают катализирующее действие на граффитацию углеродной матрицы. Так, окись Mo и оксид Cr вызывает каталитическую граффитацию уже при температуре 1250 °C.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Название: Конструкционные и функциональные волокнистые композиционные материалы

Город: Пермь

Год: 2007

Получение МКМ

Технология получения МКМ позволяет производить как готовые изделия, так и полуфабрикаты в виде листов, полос, труб и т. д. При этом необходимо различать полуфабрикаты изделий и полуфабрикаты материала — препреги (волокна с покрытием, пропитанные жгуты, сетки и т. п.). 

Получение МКМ удобно разделить на 3 категории:

  1. Твердофазные;
  2. Жидкофазные;
  3. Методы осаждения.

В отдельных технологических процессах могут применяться комбинированные методы. Однако, данную классификацию справедливо применять полностью только для так называемого первичного производства и получение МКМ (производства препрегов). Производство же изделий из МКМ обычно принято связывать с методами:

  1. Порошковой металлургии;
  2. Технологии с использованием фольги;
  3. Литья.

При изготовлении КМ и изделий из них любым из существующих методов необходимо соблюдать следующие условия:

  1. Сохранять прочность волокон на всех стадиях производственного процесса;
  2. Предотвращать разрушение волокон;
  3. Применять специальные меры по улучшению смачивания и сцепления между матрицей
  4. и волокнами.
  5. Обеспечить надежную упаковку, пространственное распределение и ориентацию волокон в матрице.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Название: Конструкционные и функциональные волокнистые композиционные материалы

Город: Пермь

Год: 2007

Твердофазные методы получения МКМ

Заключаются в механическом объединении (смешении) матрицы в виде порошка или фольги с волокнистым, как правило, наполнителем.
Применение твердофазных методов:

  1. Многослойные ленты;
  2. Листы;
  3. Стержни;
  4. Панели;
  5. Лопатки турбин.

Твердофазные методы получения МКМ делят на 3 класса:

  1. Импульсные;
  2. Статические;
  3. Динамические.

Импульсные твердофазные методы включают в себя три группы процессов:

  1. сварка взрывом,
  2. магнито-импульсное компактирование,
  3. электрогидроимпульсное компактирование.

В качестве источников энергии в ИТМ используется энергия взрыва, электрический заряд в жидкой среде (вода) и импульсное магнитное поле.
При применении ИТМ отпадает необходимость в прессовом оборудовании. В качестве технологической оснастки используется лишь один жесткий формирующий элемент – пуансон или матрица. Роль отвесной части оснастки играет передающая среда, через которую проходит энергия в виде заданной волны от энергоносителя.

Сваркой взрывом обычно получают изделия плоской формы или в форме кольца. Метод заключается в компактировании пакета из волокон и фольги (как правило) энергией ударной волны или метаемой пластины при взрыве бризантных взрывчатых веществ (тротил, аммонит, пластифиц. вещества). При этом достигается скорость детонации до 7000 м/с, а давление у поверхности заряда доходит до 25-30ГПа.

При компактировании МКМ электрогидроимпульсным способом через жидкую среду пропускают мощный кратковременный электрический заряд, который создает ударную волну через метаемую пластину либо через инертную диафрагму. При необходимости автоматически может быть произведено несколько следующих друг за другом электрических зарядов.

Этот способ позволяет, путем применения так называемых «взрывных элементов», изменять форму ударной волны. Электросхема установок для электромагнитного компактирования аналогична схеме для электрогидроимпульсного компактирования (разрядный контур с конденсаторной батареей и
рабочим искровым зазором). Однако, рабочий искровой зазор вместо жидкости «заполнен»соленоидом, который и создает необходимое импульсное электромагнитное поле. Для компактирования материалов с низкой электропроводностью применяют алюминиевые или медные прокладки -«спутники»или метательный диск. К моменту контакта с жестким основанием элементы компактируемого пакета достигают скорости 200-300м/с при давлении
400-500МПа и выше.

Статические твердофазные методы — диффузионная сварка, гидростатическое компактирование, спекание под давлением и т. д. — применяются для создания конструкционных КМ (в основном) с хрупкими волокнами.

Одним из основных видов полуфабрикатов и изделий, получаемых этими методами, являются трубы и другие полые профили.

Сущность диффузионной сварки заключается в том, что при внедрении пресс-шайбы во вкладыши (технологический заполнитель полости заготовки) на стенки пакета (заготовки) действует давление, с помощью которого и происходит сварка пакета. Другой вариант этого метода включает прессование набором пуансонов разного диаметра (бороаллюминиевые трубы).

Наиболее же универсальный процесс -прессование плоских пакетов -заготовок. Еще одним вариантом диффузионной сварки является сварка давлением при горячем прессовании.

Гидростатическое компактирование осуществляется по следующей схеме: изделие выдавливается через канал в матрице вместе с оправкой под действием высокого давления жидкости. При этом заготовка д/б предварительно герметизирована.

Методы спекания под давлением применяются в порошковой металлургии-так называемое ГТД — горячее термодинамическое деформирование. В отличие от холодного деформирования (прессования) и дальнейшего спекания, с помощью этого метода получают более компактную матрицу (меньше пористость), лучшую кристаллическую структуру и лучшую диффузию к волокну.

Динамические твердофазные методы. К ним относятся: прокатка, волочение, динамическое горячее прессование, роликовая формовка, вальцовочная формовка.

Получают плоски полуфабрикат и профильные элементы. В отличие от статических методов, эти применяются с целью увеличить производительность и в случаях применения «жестких» матриц.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Название: Конструкционные и функциональные волокнистые композиционные материалы

Город: Пермь

Год: 2007

Жидкофазные методы получения МКМ

Применяются при изготовлении композиций, которые другими методами получить либо невозможно, либо нерационально (например, МКМ с углеродными волокнами).
Достоинства: сложная форма изделий, высокая производительность, возможность использования жгутовых и тканевых (разных) армир. материалов, автоматизация и организация непрерывных ТП.
Недостатки: высокая температура, межфазные взаимодействия, строгость в подборе компонентов.

Включают в себя: направленную кристаллизацию, протягивание нитей и жгутов из волокон через матричный расплав, непрерывное литье.Основу большинства методов составляет пропитка. Однако, при подчеркивании отдельных нюансов и расстановке акцентов выделяют другие методы.

Пропитку каркаса или пучка волокон осуществляют различными способами:

  1. Вакуумная заливка расплава в форму, в полости которой предварительно размещен каркас волокон;
  2. Вакуумным всасыванием расплава;
  3. Пропиткой под давлением;
  4. Центробежным литьем.

Часто при пропитке используют так называемые барьерные покрытия. Пропитку производят в подогретую или подогреваемую форму (каркас) и иногда используют ультразвук.

Метод литья в основном применяют для получения полуфабрикатов типа жгутов (препрегов). Метод сопоставим с непрерывным литьем в металлургии, поэтому так и называется.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Название: Конструкционные и функциональные волокнистые композиционные материалы

Город: Пермь

Год: 2007