Способ получения заготовок из углерод-углеродного материала, стойкого к эрозионному разрушению

Изобретение относится к области теплозащитных материалов, конкретно к способу получения углерод-углеродного материала, стойкого к окислению и эрозии при воздействии высоких температур и давлений, основанному на сборке стержневого каркаса из высокомодульного углеродного волокна, скрепленного водным раствором поливинилового спирта, и последующем насыщении каркаса углеводородной матрицей, характеризующемуся тем, что каркас после сборки перед насыщением углеводородной матрицей помещается в воду, подогретую до температуры 60-70°С, и выдерживается до тех пор, пока каркас не потеряет свою жесткость, деформируется так, чтобы его форма максимально стала близка форме будущего изделия, а армирующие семейства волокон по направлению совместились с направлениями действия главных напряжений в конструкции изделия. Техническим результатом изобретения является разработка способа получения заготовки УУКМ, стойкого к окислению и эрозионному разрушению при воздействии высоких температур и давлений, из высокомодульных волокон, по геометрической форме приближенной к форме изделия, изготавливаемого из этих заготовок.

 

Изобретение относится к области получения теплозащитных материалов, стойких к эрозионному разрушению при воздействии высоких температур и давлений.

Известен способ получения углерод-углеродного композиционного материала (УУКМ), стойкого к окислению, патент RU 2090497 класс МПК С01В 31/02, включающий изготовление каркаса из углеродного волокнистого материала, его нагрев и выдержку в потоке газообразных углеводородов, причем каркас изготовляют путем набора стержней из углеродного волокна в пучок цилиндрической формы, после чего каркас армируют углеродным волокном, а нагрев осуществляют прямым пропусканием электрического тока через армированный каркас до температуры 900…950°С, при этом в качестве газообразных углеводородов используют природный газ.

Недостатком такого способа получения УУКМ является то, что армирующий каркас материала изготавливается методом сборки из высокомодульного волокна, превращенного в жесткие углепластиковые стержни, потому что изготовление пространственно-армированных структур из высокомодульных волокон в отличие от низкомодульных можно только методом стержневой сборки (см. патенты 2533135, 2536436, 2558949, 2689361). В результате армирующие стержневые каркасы и полученные из них заготовки УУКМ имеют геометрическую форму в виде куба либо многогранного параллелепипеда, т.е. имеют плоские грани и прямолинейные ребра. Поэтому при необходимости получения изделия из УУКМ, пространственно-армированного высокомодульным волокном, сложной геометрической формы, заготовку материала необходимо изготавливать таких габаритов и с таким технологическим припуском, чтобы из нее можно было получить требуемое изделие, например, методом механической обработки. При этом много материала превращается в стружку, а армирующие волокна (стержни) оказываются в изделии перерезанными.

Наиболее близким по технической сущности к патентуемому изобретению является способ получения УУКМ (патент RU 2422358 С2 (51) МПК), заключающийся в том, что собирают стержневой каркас из углеродного волокна, скрепленного водным раствором поливинилового спирта. После сборки производят его фиксацию на глубину технологического припуска связующим, например, эпоксидным или бакелитовым лаком. Выдерживается в воде, нагретой до температуры 60-70°С, в течение не менее 1,5-2 часов. Насыщают каркас углеводородной матрицей. УУКМ, изготовленный по этому способу, получается более изотропным по физико-механическим характеристикам в сравнении с ранее описываемым, но обладающий теми же недостатками, что и материал, получаемый по первому способу. Несмотря на указанные недостатки, техническое решение, защищенное патентом RU 2422358, может быть принято в качестве прототипа как наиболее близкий аналог.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения заготовки УУКМ, стойкого к окислению и эрозионному разрушению (уносу) при воздействии высоких температур и давлений, из высокомодульных волокон, по геометрической форме приближенной к форме изделия, изготавливаемого из этих заготовок. Поставленная задача решается тем, что армирующий стержневой каркас из высокомодульного углеродного волокна перед насыщением углеводородной матрицей выдерживается в нагретой воде при температуре 60-70°С до тех пор, пока каркас не потеряет свою жесткость и перестанет сопротивляться деформированию. После чего каркас деформируется так, чтобы армирующие семейства волокон совместились с направлениями действия главных напряжений в конструкции изделия, а его форма была максимально близка к форме этого изделия, например, заготовка укладывается в специальную жесткую форму и просушивается.

Предложенный способ изготовления заготовок позволит снизить стоимость и трудоемкость их изготовления, а также повысит физико-механические характеристики материала в изделии за счет уменьшения количества перерезанных волокон в УУКМ, армированных высокомодульным волокном.

Способ получения углерод-углеродного материала, стойкого к окислению и эрозии при воздействии высоких температур и давлений, основанный на сборке стержневого каркаса из высокомодульного углеродного волокна, скрепленного водным раствором поливинилового спирта, и последующем насыщении каркаса углеводородной матрицей, отличающийся тем, что каркас после сборки перед насыщением углеводородной матрицей помещается в воду, подогретую до температуры 60-70°С, и выдерживается до тех пор, пока каркас не потеряет свою жесткость, деформируется так, чтобы его форма максимально стала близка форме будущего изделия, а армирующие семейства волокон по направлению совместились с направлениями действия главных напряжений в конструкции изделия.