RU2002763C1

RU2002763C1 - Способ получени фрикционных изделий из углерод-углеродных материалов

Info

Publication number: RU2002763C1
Application number: SU05002751A
Authority: RU
Inventors: Валерий Васильевич Кулаков; Анатолий Михайлович Кенигфест; Анатолий Генрихович Соккер; Ирина Викторовна Расторгуева; Светлана Львовна Гуськова; Александр Викторович Демин
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита
Priority date: 1991-08-15
Filing date: 1991-08-15
Publication date: 1993-11-15

Description

слоев и в конечном итоге снижению прочности материала.

С целью релаксации возникающих напр жений при обжиге после прессовани создают услови , обеспечивающие увеличение размера заготовки в направлении, перпендикул рном к сло м, на 1,5-5,0%. При меньшей величине относительного увеличени размеров в процессе обжига вследствие большого уровн упругих напр жений и по влени трещин снижаетс прочность и износостойкость материала, при большей величине происходит коробление заготовки , обусловливающее недопустимые отклонени конечного издели от заданных размеров.

Применение описанного способа обеспечивает получение фрикционных изделий из углерод-углеродных материалов с оптимальным сочетанием прочности, износостойкости и стабильности фрикционных характеристик, что иллюстрируетс приведенными ниже примерами.

Способ реализован следующим образом .

Фрикционные диски наружным и внутренним диаметрами соответственно 490 и 220 мм и толщиной 30 мм получали с использованием сатиновой углеродной ткани на основе вискозы ТГН-2М (ТУ 48-20-19-77)- тип тканой структуры 1-й дискретных углеродных волокон на основе полиакрилнитри- ла ВПР-19С (ТУ 48-20-23-83), а также каменноугольный пек с температурой разм гчени 70°С (ГОСТ 10200-83). Предварительно из ткани изготавливали пековый препрегс помощью нанесени на его поверхность порошка пека с размерами частиц менее 0,2 мм в количестве 80-300 г/м2 и термообработки при 130-240°С продолжительностью 1-8 мин. Те или иные характеристики пористости получали с помощью регулировани указанных параметров. Из препрега вырезали кольцевидные отрезки размерами, соответствующими диаметрам диска.

Пакет из чередующихс слоев препрега и смеси дискретных волокон с пеком получали в металлической гильзе путем последовательного осаждени на кольцевидные отрезки препрега суспензии дискретных волокон ВПР-19С и порошка пека в воде, приготовленной в лопастном гидросмесителе (по 700 г волокна и пека на 100 л воды дл получени каждого сло ). После осаждени каждого сло дискретных волокон осуществл ли фильтрацию суспензии через слой препрега с помощью вакуумного насоса. После полного набора пакета его подвергали сжатию путем приложени давлени в

осевом направлении. Сжатый Пакет, помещенный между металлическими пластинами , высушивали при 90°С в течение 70 ч. Из высушенного пакета в пресс-форме прессо5 вали кольцевидную заготовку, которую затем обжигали при 1200°С в течение 96 ч в приспособлении типа струбцины, обеспечивающем заданное увеличение размеров за счет регулировани свободного хода верх0 ней плиты приспособлени с учетом коэффициента термического расширени материала приспособлени . Заготовку подвергали пропитке пеком в автоклаве и повторному свободному обжигу с целью

5 повышени ее плотности, термической обработке в вакууме при 2000°С в течение 1 ч, механической обработке дл получени требуемых размеров фрикционных дисков и на- сыщению пироуглеродом в среде

0 природного газа при 1000°С в течение 96 ч. Конкретные технологические параметры описанного способа приведены в примерах 1-9 таблицы.

Пример 11. Пековый препрег получа5 ли аналогичным приведенному ранее способом из саржевой ткани, изготовленной из углеродного жгута ВМН-4 на основе поли- акрилнитрила (ТУ 48-20-122-84) - тип тканой структуры II. Набор пакета и

0 изготовление диска производили с использованием указанных выше дискретных волокон и пека по технологии, описанной в примерах 1-9.

Пример 13. При получении препрега

5 использовали кольцевидное плетение, изготовленное из углеродного жгута на основе полиакрилнитрила ВМН-4 и содержащее углеродные нити, расположенные в окружном и радиальном направлении (тип тканой

0 структуры III). Набор пакета и изготовление диска производили по технологии, описанной в примерах 1-9.

Определ ли значени предела прочно- 5 сти при сжатии и сдвиге образцов, вырезанных из дисков. Фрикционные испытани образцов проводили на машине трени ИМ-58 при следующих услови х нагруже- ни : начальна скорость вращени подвиж- 0 ного образца - 20 м/с, момент инерции маховых масс - 0,505 кг м2, удельное давление - 0,6 МПа, при этом определ ли значени коэффициента трени и линейного износа за 20 торможений. В качестве харак- 5 теристики стабильности прочностных и фрикционно-износных свойств использовали величину коэффициента вариации предела прочности при сжатии, линейного износа и коэффициента трени . Полученные значе- ни в сопоставлении с теми же характеристиками прототипа (примеры 10, 12, 14) представлены в таблице.

Приведенные примеры свидетельствуют о том, что прочностные показатели материалов , полученных на основе различных тканых структур в соответствии с предлагаемым способом при условии соблюдени за вл емых технологических параметров (примеры 1, 4, 5, 11 и 13), в 1,5-2 раза превышают характеристики материалов, полученных по способу-прототипу (примеры 10, 12 и 14), а значени коэффициента вариации прочности и фрикционно-износных свойств у этих материалов в 2,5-6 раз меньше, чем у прототипа. В случае, когда пористость препрега и размеры пор меньше указанных в формуле (примеры 2 и 3), вследствие недостаточного внедрени дискретный волокон в поры тканой структуры материал имеет низкую прочность при сдвиге. Эффект внедрени волокон также выражен слабее, и материал имеет низкую прочность при сдвиге,

0

5

если недостаточна степень сжати пакета (пример 6). При чрезмерно сильном сжатии пакета (пример 7) прочность при сжатии уменьшаетс из-за разрушении слоев, а при малой величине допускаемой деформации заготовки при обжиге (пример 8) - вследствие высокого уровн остаточных напр жений и возникновени трещин. Большее, чем за вленное, увеличение размеров заготовки в процессе обжига (пример 9) обеспечивает достаточно высокий уровень и стабильность свойств, однако приводит к значительному короблению заготовки, что не позвол ет изготовить диск требуемых размеров.

(56) Патент США № 3956548. кл. В 29 С 25/00,1976.

Патент США Me 3991248, кл. В 29 С 25/00, 1976.

Патент США Ms 4318955, кл. В 29 С 25/00, 1982.

Способ получени фрикционных изделий из углерод-углеродных материалов

Продолжение таблицы

Claims

Формула изобретени

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФРИКЦИОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий форми- 5 рование пакета из чередующихс слоев тканых структур из непрерывных углеродных волокон и слоев дискретных элементарных углеродных волокон в смеси с порошком пека периодическим внедрени-10 ем дискретных элементарных углеродных волокон в тканую структуру путем принудительной фильтрации водной суспензии этих волокон совместно с порошком пека через каждый слой тканых структур, сушку пакета, гор чее прессование с охлаждением в пресс-форме и обжиг заготовки, пропитку пеком и повторный обжиг заготовки, ее высокотемпературную термообработку, механическую обработку и насыщение пи- роуглеродом, отличающийс тем. что при формировании пакета слои тканых структур ввод т в виде водопроницаемого пеко- вого препрега. имеющего пористость не менее 30% при размерах пор не менее 0,02 мм, после получени пакета слоев производ т его предварительное сжатие в 2,5 - 3 раза при комнатной температуре в направлении, перпендикул рном к сло м, и сушку в зафиксированном сжатом состо нии и обжиг осуществл ют в услови х, обеспечивающих увеличение размеров в том же направлении на 1,5 - 5,0%.