RU2422407C2 - Method of making workpieces from carbon-carbon composite materials - Google Patents

Method of making workpieces from carbon-carbon composite materials Download PDF

Info

Publication number
RU2422407C2
RU2422407C2 RU2008136197/03A RU2008136197A RU2422407C2 RU 2422407 C2 RU2422407 C2 RU 2422407C2 RU 2008136197/03 A RU2008136197/03 A RU 2008136197/03A RU 2008136197 A RU2008136197 A RU 2008136197A RU 2422407 C2 RU2422407 C2 RU 2422407C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon
modules
frame
density
cccm
Prior art date
Application number
RU2008136197/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008136197A (en
Inventor
Михаил Владимирович Василенко (RU)
Михаил Владимирович Василенко
Георгий Георгиевич Смирнов (RU)
Георгий Георгиевич Смирнов
Original Assignee
Михаил Владимирович Василенко
Георгий Георгиевич Смирнов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Владимирович Василенко, Георгий Георгиевич Смирнов filed Critical Михаил Владимирович Василенко
Priority to RU2008136197/03A priority Critical patent/RU2422407C2/en
Publication of RU2008136197A publication Critical patent/RU2008136197A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2422407C2 publication Critical patent/RU2422407C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to carbon-carbon composite materials (CCCM). The method of producing carbon-carbon composite materials with density of 1.2-2.1 g/cm3 involves applying protective coatings on carbon filler and/or saturation with carbon-containing compositions, making modules from fibre carbon filler materials grouped in a given order, wherein the thickness of the wall of the module is equal to at least the thickness of the carbon filler. The frame is then assembled by merging modules into a single packet, followed by cold or hot pressing and/or sewing with a thread or rods on one of the coordinates of the workpiece coinciding or not coinciding with the alignment of the filler in the module until achieving density of 0.1-0.8 g/cm3. CCCM material is obtained by saturating the frame with pyrocarbon in the medium of gaseous or liquid hydrocarbons.
EFFECT: high strength and density of CCCM.
8 cl, 11 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к углерод-углеродным композиционным материалам (УУКМ), области применения которых, как правило, совпадают с областями применения графитов. Это - энергетика, металлургия, авиационная и ракетная техника, наземные транспортные средства, оборудование механических, химических и др. производств. УУКМ имеют преимущество перед графитами, особенно в условиях высокотемпературных агрессивных сред и высоких механических нагрузок (по прочности, термопрочности, эрозионной и химической стойкости и др. характеристикам).The invention relates to carbon-carbon composite materials (CCCM), the applications of which, as a rule, coincide with the applications of graphites. These are energy, metallurgy, aviation and rocket technology, land vehicles, equipment of mechanical, chemical and other industries. UUKM have an advantage over graphites, especially in conditions of high-temperature aggressive environments and high mechanical loads (strength, heat resistance, erosion and chemical resistance, and other characteristics).

Известен способ изготовления заготовок из УУКМ - цилиндров, многогранников, полых и сплошных (патент РФ №2225354, С01В 31/00, 10.03.2004), включающий плетение каркаса из углеродных нитей и его насыщение пироуглеродом в среде углеводородных газов.A known method of manufacturing blanks from UUKM - cylinders, polyhedra, hollow and solid (RF patent No. 2225354, СВВ 31/00, 03/10/2004), including weaving the frame from carbon filaments and its saturation with pyrocarbon in a hydrocarbon gas environment.

Недостатки этого способа состоят в том, что, во-первых, структура каркаса в процессе плетения подвергается локальным и по всему объему искажениям (относительно заданной в чертеже или технологическом процессе), что обусловлено самим способом плетения, и проявляется особенно при ручном плетении на специальной оснастке. Это снижает уровень характеристик материала заготовок УУКМ и их стабильность. Во-вторых, углеродные нити в процессе плетения каркаса подвергаются многократному травмированию, что приводит к повреждению аппрета, выбиванию элементарных волокон и в итоге к снижению прочности нити и, следовательно, прочности получаемого композита (потери прочности нити в композите могут достигать 80%). Способ плетения, как правило, трехмерной структуры (3d) не дает возможности получать структуры каркаса с широким диапазоном параметров (форма и размеры ячейки, открытая пористость), что значительно сужает возможности расширения диапазона характеристик композита.The disadvantages of this method are that, firstly, the structure of the frame during the weaving process is subject to local and throughout the distortion (relative to the specified in the drawing or the process), which is due to the weaving method itself, and manifests itself especially when manually weaving on special equipment . This reduces the level of characteristics of the material of the UUKM blanks and their stability. Secondly, carbon fibers in the process of weaving the carcass undergo multiple injuries, which leads to damage to the sizing, knocking out of elementary fibers and, as a result, to a decrease in the strength of the thread and, consequently, the strength of the resulting composite (loss of strength of the thread in the composite can reach 80%). The weaving method, as a rule, of a three-dimensional structure (3d) makes it impossible to obtain carcass structures with a wide range of parameters (cell shape and dimensions, open porosity), which significantly narrows the possibility of expanding the range of characteristics of the composite.

Известен способ получения изделий из углерод-карбидокремниевого композиционного материала (патент РФ №2084425, С04В 35/52, 20.07.97), включающий пропитку волокнистого углеродного материала термореактивным связующим с получением препрега, изготовление из него углепластиковой заготовки с последующей карбонизацией в коксовой засыпке, ее газофазное насыщение пироуглеродом, дополнительную термообработку при 1900-2000°С и силицирование.A known method of producing products from carbon-carbide-silicon composite material (RF patent No. 2084425, С04В 35/52, 07/20/97), comprising impregnating a fibrous carbon material with a thermosetting binder to produce a prepreg, making a carbon-fiber billet from it, followed by carbonization in coke charge, its gas-phase saturation with pyrocarbon, additional heat treatment at 1900-2000 ° C and silicification.

Известен также способ получения углерод-углеродного материала, принятый за прототип (патент РФ №2170220. С04В 35/83, 10.07.2001), включающий пропитку волокнистого углеродного материала полимерным связующим с получением препрега, изготовление из него углепластиковой заготовки с последующей карбонизацией в восстановительной или инертной среде и газофазное уплотнение пироуглеродом, причем перед пропиткой полимерным связующим на углеродный волокнистый материал наносится карбид кремния или титана. Характеристики материала заготовок: плотность - 1,4-1,6 г/см3 (коэффициент вариации - 4,65), предел прочности при сжатии - 150-200 МПа (коэффициент вариации - 16,01), предел прочности при сжатии - 100-150 МПа (коэффициент вариации - 20,88), коэффициент трения по стали - 0,2-0,4.There is also known a method for producing carbon-carbon material, adopted as a prototype (RF patent No. 2170220. С04В 35/83, 07/10/2001), which includes impregnating a fibrous carbon material with a polymer binder to obtain a prepreg, making a carbon-fiber billet from it, followed by carbonization in reduction or an inert medium and gas-phase compaction with pyrocarbon, and before impregnation with a polymer binder, silicon or titanium carbide is applied to the carbon fiber material. Characteristics of the workpiece material: density - 1.4-1.6 g / cm 3 (coefficient of variation - 4.65), ultimate strength in compression - 150-200 MPa (coefficient of variation - 16.01), ultimate strength in compression - 100 -150 MPa (coefficient of variation - 20.88), the coefficient of friction for steel - 0.2-0.4.

Недостатки двух последних указанных способов состоят в том, что, во-первых, структура получаемых композитов не может не иметь искажений, по меньшей мере, в плоскостях, параллельных оси прессования заготовки, Во вторых, процесс получения пластиковой заготовки и его последующая карбонизация не обеспечивает получения структуры с равномерной открытой пористостью по всему объему заготовки и, следовательно, не может обеспечить равномерное ее насыщение пироуглеродом, что в итоге приводит к снижению механических характеристик получаемого композита и их стабильности. В-третьих, способ получения углерод-углеродного материала «через пластик» ограничивает возможности получения заготовок в широком диапазоне характеристик.The disadvantages of the last two of these methods are that, firstly, the structure of the obtained composites can not have distortions, at least in the planes parallel to the axis of pressing the workpiece, Secondly, the process of obtaining a plastic workpiece and its subsequent carbonization does not provide structures with uniform open porosity over the entire volume of the workpiece and, therefore, cannot ensure its uniform saturation with pyrocarbon, which ultimately leads to a decrease in the mechanical characteristics of the resulting com ozita and stability. Thirdly, the method of producing carbon-carbon material "through plastic" limits the ability to obtain blanks in a wide range of characteristics.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение диапазона варьирования уровня механических характеристик заготовок из УУКМ и повышение их стабильности.The task of the invention is to expand the range of variation in the level of mechanical characteristics of blanks from CCM and increase their stability.

Указанный технический результат в предлагаемом способе изготовления заготовок из УУКМ достигается за счет того, что наносят защитные покрытия на углеродный наполнитель и/или пропитывают его углеродсодержащим составом, изготавливают модули из сгруппированных в заданном порядке волокнистых углеродных наполнителей, при этом толщина стенки модуля равна, как минимум, толщине углеродного наполнителя, собирают каркас путем сложения модулей в единый пакет с последующим холодным или горячим прессованием и/или прошивкой нитью или стержнями по одной из координат заготовки, совпадающей или не совпадающей с ориентацией наполнителя в модуле, до плотности 0,1-0,8 г/см3, получают УУКМ путем насыщения каркаса пироуглеродом в среде газообразных или жидких углеводородов, причем после операции изготовления модулей осуществляют сушку модулей и/или нанесение защитных покрытий на модули, и/или пропитку модулей углеродсодержащими составами с последующей их сушкой и/или карбонизацию или графитацию модулей и/или насыщение модулей в среде газообразных или жидких углеводородов до увеличения массы модуля на 5-30%, после операции сборки каркаса осуществляют его пропитку углеродсодержащими составами и/или карбонизацию или графитацию каркасов и/или пропитку каркасов составами защитных материалов, операции насыщения каркаса пироуглеродом в среде газообразных или жидких углеводородов, карбонизации или графитации, термоокисления заготовки УУКМ проводят до достижения плотности заготовки УУКМ 1,2-2,1 г/см3, а после операции насыщения каркасов осуществляют или карбонизацию, или графитацию, и/или термоокисление заготовки УУКМ, и/или нанесение защитных покрытий на заготовку УУКМ до увеличения ее массы на 2-10%, в качестве углеродного наполнителя используют волокна, нити, стержни, ленты, ткани, трикотаж, войлок, в качестве углеродсодержащих составов используют связующие на основе фенольно-формальдегидных смол, фурфуриловый спирт, каменноугольный пек, в качестве защитных покрытий используют Мо, Zr, Аl2О3, TiC, ZrC, Nb2N, TiN, NiB2, ZrB2, HfB2, SiC, Si.The specified technical result in the proposed method for the manufacture of preforms from UUKM is achieved due to the fact that protective coatings are applied to the carbon filler and / or impregnated with its carbon-containing composition, modules are made from fibrous carbon fillers grouped in the specified order, while the wall thickness of the module is at least , the thickness of the carbon filler, assemble the frame by folding the modules in a single package, followed by cold or hot pressing and / or stitching with thread or rods p about one of the coordinates of the workpiece, coinciding or not coinciding with the orientation of the filler in the module, to a density of 0.1-0.8 g / cm 3 , UCM is obtained by saturating the frame with pyrocarbon in the medium of gaseous or liquid hydrocarbons, and after the operation of manufacturing the modules carry out drying modules and / or protective coating of the modules, and / or impregnation of the modules with carbon-containing compounds, followed by drying and / or carbonization or graphite of the modules and / or saturation of the modules in a gaseous or liquid hydrocarbon medium to increase the mass of the module by 5-30%, after the operation of assembling the frame, it is impregnated with carbon-containing compounds and / or carbonization or graphitization of the frames and / or impregnation of the frames with protective materials, the operation of saturation of the frame with pyrocarbon in gaseous or liquid hydrocarbons, carbonization or graphitization, thermal oxidation of the workpiece CCCM is carried out until the density of the CCCM preform reaches 1.2-2.1 g / cm 3 , and after the operation of saturation of the scaffolds, carbonization, or graphitization, and / or thermal oxidation of the CCCM preform, and / or application of protective coatings to the UUKM preform to increase its mass by 2-10%; fibers, threads, rods, ribbons, fabrics, knitwear, felt are used as carbon fillers; binders based on phenol-formaldehyde resins, furfuryl alcohol are used as carbon-containing compounds , coal tar pitch, Mo, Zr, Al 2 O 3 , TiC, ZrC, Nb 2 N, TiN, NiB 2 , ZrB 2 , HfB 2 , SiC, Si are used as protective coatings.

Способ изготовления заготовок из УУКМ включает в себя следующие операции - см. табл.1, в которой приведены также примеры последовательности их исполнения (осуществления способа).A method of manufacturing blanks from UUKM includes the following operations - see table 1, which also shows examples of the sequence of their execution (implementation of the method).

Операции, производимые при обработке наполнителя, изготовлении, обработке и сборке модулей в целый каркас, а также операции с каркасом и заготовкой, их последовательность и количество выбирают в зависимости от назначения (условий эксплуатации) заготовки УУКМ.The operations performed during the processing of the filler, the manufacture, processing and assembly of the modules into the whole frame, as well as operations with the frame and the workpiece, their sequence and quantity are selected depending on the purpose (operating conditions) of the UUKM workpiece.

В качестве наполнителя для изготовления модулей используют углеродные волокна, нити, стержни, ленты, ткани, трикотаж, войлок.As a filler for the manufacture of modules using carbon fibers, threads, rods, ribbons, fabrics, knitwear, felt.

В качестве углеродсодержащих составов применяют полимерные связующие на основе фенольно-формальдегидных смол (ФН, ФЕНОФОРМ, PC, ЛБС, БЖ, СФК, СФЖ, СФП-011Л), спирт фурфуриловый и каменноугольный пек.Polymer binders based on phenol-formaldehyde resins (FN, FENOFORM, PC, LBS, BZ, SFK, SFZh, SFP-011L), furfuryl alcohol and coal tar pitch are used as carbon-containing compositions.

В качестве защитных покрытий используют Мо, Zr, Аl2О3, TiC, ZrC, Nb2N, TiN, TiB2, ZrB2, HfB2, SiC, Si.As protective coatings, Mo, Zr, Al 2 O 3 , TiC, ZrC, Nb 2 N, TiN, TiB 2 , ZrB 2 , HfB 2 , SiC, Si are used.

Нанесение защитных покрытий на углеродный наполнитель производят любым из известных способов, например вакуумным напылением, плазменным напылением, химическим осаждением. Пропитку углеродного наполнителя углеродсодержащим составом осуществляют любым из известных способов, например, на пропиточных машинах или в автоклаве.The application of protective coatings on the carbon filler is carried out by any of the known methods, for example, by vacuum deposition, plasma spraying, chemical deposition. The carbon filler is impregnated with a carbon-containing composition by any of the known methods, for example, on impregnation machines or in an autoclave.

Изготовление модулей из пропитанных углеродсодержащими составами углеродных волокон, с защитным покрытием или без него, производят путем прессования пластин, любым из известных способов, с размещением в оснастке, обеспечивающей их заданную геометрию, возможность физико-химической обработки и сборки в каркас с заданными характеристиками.The manufacture of modules from carbon fibers impregnated with carbon-containing compounds, with or without a protective coating, is carried out by pressing the plates using any of the known methods, placing them in a snap-in that provides their desired geometry, the possibility of physicochemical processing and assembly into a frame with desired characteristics.

Изготовление модулей из углеродных нитей производят плетением на оснастке, позволяющей ориентировать нити вдоль заданных осей. Изготовление на оснастке, позволяющей, кроме того, изменять количество нитей, укладываемых вдоль заданной оси заготовки (при сохранении габаритных размеров модуля), дает возможность изменять размеры и конфигурацию элементарной ячейки каркаса и, благодаря этому, его объемную плотность и пористость. Это обуславливает в итоге при насыщении каркаса пироуглеродом возможность существенного изменения плотности и пористости конечного продукта - заготовки УУКМ и, как результат, уровня предела ее прочности.The manufacture of carbon fiber modules is carried out by weaving on a snap, which allows you to orient the threads along the specified axes. Manufacturing on a snap, which, in addition, allows you to change the number of threads laid along a given axis of the workpiece (while maintaining the overall dimensions of the module), makes it possible to change the size and configuration of the unit cell of the frame and, due to this, its bulk density and porosity. As a result, when the framework is saturated with pyrocarbon, this leads to the possibility of a significant change in the density and porosity of the final product — the UUKM billet and, as a result, the level of its tensile strength.

Изготовление модулей из тканей, трикотажа, лент, войлока производят нарезкой заготовок (с предварительными нанесением защитных покрытий и/или пропиткой углеродсодержащими составами или без них) под размеры модуля с размещением в оснастке, обеспечивающей их заданную геометрию, возможность физико-химической обработки и сборки в каркас с заданными характеристиками.The manufacture of modules from fabrics, knitwear, ribbons, felt is carried out by cutting blanks (with preliminary coating and / or impregnation with carbon-containing compounds or without them) to the dimensions of the module with placement in equipment that provides their desired geometry, the possibility of physico-chemical processing and assembly in frame with specified characteristics.

Изготовление модулей из стержней с покрытием или без него производят укладкой в оснастке, позволяющей ориентировать их по заданным осям и обеспечивающей заданную геометрию модуля, возможность его физико-химической обработки и сборки в каркас с заданными характеристиками.The manufacture of modules from rods with or without coating is carried out by laying in a snap, which allows them to be oriented along predetermined axes and providing a given geometry of the module, the possibility of its physicochemical processing and assembly into a frame with desired characteristics.

Сушку модулей производят в шкафах в воздушной среде в диапазоне температур 50-180°С.The drying of the modules is carried out in cabinets in the air in the temperature range of 50-180 ° C.

Нанесение защитных покрытий на модули производят любым из известных способов, например вакуумным напылением, плазменным напылением, химическим осаждением в зависимости от назначения (условий работы) УУКМ, определяемых, в частности, температурой и окислительным потенциалом рабочей среды. В частности, более высокие значения температуры (2000-3600°С) и окислительного потенциала среды требуют более мощной защиты, например двухтрехслойной, что приводит к увеличению веса модуля до 30%. Для сред с температурой 600-1000°С и невысоким окислительным потенциалом достаточно однослойного покрытия, увеличивающего вес модуля на 5%.The protective coatings on the modules are produced by any of the known methods, for example, by vacuum deposition, plasma spraying, chemical deposition, depending on the purpose (operating conditions) of CCCM, determined, in particular, by the temperature and oxidative potential of the working medium. In particular, higher temperatures (2000-3600 ° C) and oxidative potential of the medium require more powerful protection, for example, two-layer, which leads to an increase in the weight of the module up to 30%. For media with a temperature of 600-1000 ° C and a low oxidation potential, a single-layer coating is enough to increase the weight of the module by 5%.

Пропитку модулей углеродсодержащими составами производят любым из известных способов, например методом свободной пропитки или вакуумно-компрессорным (в автоклаве).The modules are impregnated with carbon-containing compounds by any of the known methods, for example, by free impregnation or vacuum-compressor (in an autoclave).

Термообработку - карбонизацию (1200-2000°С) или графитацию (2200-3000°С) модулей проводят в восстановительной (CH4) или защитной (N2, Аr) среде.Heat treatment - carbonization (1200-2000 ° C) or graphitization (2200-3000 ° C) of the modules is carried out in a reducing (CH 4 ) or protective (N 2 , Ar) medium.

Нанесение покрытия из пироуглерода на модули производят в среде газообразных и жидких углеводородов в изотермическом режиме (900-1100°С).The coating of pyrocarbon on the modules is carried out in an atmosphere of gaseous and liquid hydrocarbons in isothermal mode (900-1100 ° C).

Практически бездефектное изготовление модулей обусловлено их малыми толщинами - минимальная толщина модуля равна толщине наполнителя (нити, ленты, ткани и др.), а также простотой конструкции модуля, позволяющей его механизированное изготовление. Упрощается сам процесс изготовления, включая равномерное нанесение защитных покрытий, пропитку углеродсодержащими составами, устраняется неравномерность прогрева модулей по всему объему (площади), значительно упрощается контроль и выбраковка, что в сумме и обеспечивает повышение стабильности характеристик заготовок УУКМ.Almost defect-free production of modules is caused by their small thicknesses - the minimum thickness of the module is equal to the thickness of the filler (thread, tape, fabric, etc.), as well as the simplicity of the module design, allowing its mechanized manufacture. The manufacturing process is simplified, including the uniform application of protective coatings, impregnation with carbon-containing compounds, the uneven heating of the modules over the entire volume (area) is eliminated, the control and rejection is greatly simplified, which in total provides increased stability of the characteristics of UUKM blanks.

Сборку каркаса из модулей производят путем сложения их в заданном порядке в единый пакет с заданной плотностью укладки и с последующим холодным или горячим прессованием и/или прошивкой по одной из координат заготовки, совпадающей или не совпадающей с ориентацией наполнителя в модулях. Прошивку производят нитью или стержнями. Минимальные значения плотности каркаса (от 0,1 г/см3) получают при применении войлока, максимальные (до 0,8 г/см3) - при применении тканей и нитей. Оптимальная плотность каркаса, необходимая для достижения максимальной плотности заготовки - 1,9-2,1 г/см3, составляет 0,4-0,6 г/см3.The frame is assembled from the modules by adding them in the specified order into a single package with a given stacking density and then cold or hot pressing and / or stitching along one of the workpiece coordinates, which coincides or does not coincide with the orientation of the filler in the modules. The firmware is made with thread or rods. The minimum values of the density of the frame (from 0.1 g / cm 3 ) are obtained with the use of felt, the maximum (up to 0.8 g / cm 3 ) - with the use of fabrics and threads. The optimal density of the frame necessary to achieve the maximum density of the workpiece - 1.9-2.1 g / cm 3 is 0.4-0.6 g / cm 3 .

Пропитку каркаса углеродсодержащими составами осуществляют любым из известных способов, например свободной пропиткой в ванне с углеродсодержащим составом или вакуумно-компрессорным методом (в автоклаве).The frame is impregnated with carbon-containing compounds by any of the known methods, for example, by free-impregnation in a bath with a carbon-containing composition or by a vacuum-compressor method (in an autoclave).

Термообработку - карбонизацию (1200-2000°С) или графитацию (2200-3000°С) - каркаса проводят в восстановительной (СН4) или защитной (N2, Аr) среде.Heat treatment - carbonization (1200-2000 ° C) or graphitization (2200-3000 ° C) - the frame is carried out in a reducing (CH 4 ) or protective (N 2 , Ar) environment.

Пропитку каркаса защитными материалами проводят любым из известных способов, например вакуумно-компрессорным (в автоклаве) или термохимическим осаждением.The frame is impregnated with protective materials by any of the known methods, for example, by vacuum-compressor (in an autoclave) or by thermochemical deposition.

Перечень операций, производимых при изготовлении и сборке модулей в каркас, а также операций с самим каркасом, их очередность и количество выбирают в зависимости от назначения (условий эксплуатации) заготовки УУКМ. При этом используют экспериментально полученные зависимости плотности и пористости каркаса от плотности укладки углеродного наполнителя в модуле, от количества нанесенных на него защитных покрытий, а также от величины подпрессовки модулей при сборке каркаса.The list of operations performed in the manufacture and assembly of modules into the frame, as well as operations with the frame itself, their sequence and quantity is selected depending on the purpose (operating conditions) of the UUKM blank. In this case, the experimentally obtained dependences of the density and porosity of the carcass on the density of laying of the carbon filler in the module, on the number of protective coatings deposited on it, as well as on the amount of pre-pressing the modules during assembly of the carcass, are used.

Насыщение каркаса пироуглеродом осуществляют в среде газообразных или жидких углеводородов любым из известных способов, например термоградиентным.Saturation of the framework with pyrocarbon is carried out in a gaseous or liquid hydrocarbon medium by any of the known methods, for example, thermogradient.

Карбонизацию или графитацию заготовки УУКМ (насыщенного пироуглеродом каркаса) проводят в восстановительной (СН4) или защитной (N2, Аr) среде.Carbonization or graphitization of the CCCM preform (pyrocarbon-saturated framework) is carried out in a reducing (CH 4 ) or protective (N 2 , Ar) medium.

Термоокисление (600-1000°С) заготовки УУКМ проводят в воздушной среде.Thermal oxidation (600-1000 ° C) of the UUKM billet is carried out in air.

Нанесение защитных покрытий на заготовку УУКМ после ее или карбонизации, или графитации, или термоокисления производят любым из известных способов, например термохимическим осаждением или шликерным методом.The application of protective coatings to the UUKM preform after it is either carbonized, or graphitized, or thermooxidized, is carried out by any of the known methods, for example, by thermochemical deposition or slip method.

Существенно изменяют эксплуатационные свойства материала заготовки УУКМ выбор и порядок проведения заключительных операций, начиная с насыщения каркаса пироуглеродом: с последующими или карбонизацией, или графитацией, или термоокислением заготовки УУКМ, нанесением в качестве защитных покрытий на нее Мо, Zr, Аl2О3, TiC, ZrC, Nb2N, TiN, ТiВ2, ZrB2, HfB2, SiC, Si. Выбор, порядок выполнения и количество заключительных операций определяются заданными характеристиками, которые требуется получить на заготовке УУКМ.The choice and procedure for carrying out final operations significantly change the operational properties of the UUKM billet material, starting with saturation of the framework with pyrocarbon: followed by carbonization, or graphitization, or thermal oxidation of the UUKM billet, applying Mo, Zr, Al 2 O 3 , TiC as protective coatings ZrC, Nb 2 N, TiN, TiB 2 , ZrB 2 , HfB 2 , SiC, Si. The choice, the execution order and the number of final operations are determined by the specified characteristics that are required to be obtained on the UUKM blank.

Количество нанесенных защитных покрытий (или их отсутствие) определяется условиями ее эксплуатации, при этом увеличение веса заготовки более чем на 10% не приводит к повышению защитного эффекта покрытия. Минимальное количество защитного покрытия, обеспечивающего значимый защитный эффект (например, увеличение срока службы на 20%), составляет 2% от веса защищаемой заготовки.The amount of applied protective coatings (or their absence) is determined by the conditions of its operation, while increasing the weight of the workpiece by more than 10% does not increase the protective effect of the coating. The minimum amount of protective coating that provides a significant protective effect (for example, an increase in service life by 20%) is 2% of the weight of the workpiece to be protected.

На фигурах 1-6 приведены примеры модульного способа изготовления каркасов заготовок УУКМ.In figures 1-6 are examples of a modular method of manufacturing the frameworks of blanks UUKM.

На фиг.1 индексами а), б), в) обозначены выполненные из углеродных нитей, однослойные модули, пропитанные углеродсодержащим составом с последующей сушкой (отверждением) при температуре 100-160°С. Под индексом г) показана схема каркаса, изготовленного путем прошивки углеродной нитью n модулей, подобных а), б), в), где n=Н/δ, Н - заданная высота каркаса заготовки, δ - толщина единичного модуля. Под индексом д) показана схема каркаса, изготовленного путем прессования n модулей, подобных а), б), в).In Fig. 1, indices a), b), c) denote single-layer modules made of carbon filaments, impregnated with a carbon-containing composition, followed by drying (curing) at a temperature of 100-160 ° C. Under the index d), a diagram of the frame made by flashing n modules similar to a), b), and c) with carbon thread is shown, where n = N / δ, H is the specified height of the workpiece frame, and δ is the thickness of a single module. Under the subscript e), a diagram of a frame made by pressing n modules similar to a), b), c) is shown.

На фиг.2 показана схема двухслойного «ортогонального» модуля, изготовленного из углеродной нити, направления выкладки которой в слоях ортогональны друг другу.Figure 2 shows a diagram of a two-layer "orthogonal" module made of carbon fiber, the directions of the calculation of which in the layers are orthogonal to each other.

На фиг.3 - схема двухслойного модуля, направления выкладки нити в слоях которого составляют между собой 45°.Figure 3 - diagram of a two-layer module, the direction of the calculation of the threads in the layers of which are 45 ° between each other.

На фиг.4 - схема трехслойного модуля, направления выкладки нитей в двух слоях которого составляют 45° относительно третьего и 90° между собой.Figure 4 - diagram of a three-layer module, the direction of the calculation of the threads in two layers of which are 45 ° relative to the third and 90 ° between them.

На фиг.5 приведена схема сборки каркаса из цилиндрических модулей из войлока или ткани с прошивкой углеродной нитью.Figure 5 shows a diagram of the assembly of the frame from cylindrical modules of felt or fabric with firmware carbon thread.

На фиг.6 - схема двухслойного модуля, направления выкладки нити в слоях которого составляют 60° относительно друг друга.6 is a diagram of a two-layer module, the direction of the calculation of the threads in the layers of which are 60 ° relative to each other.

В таблице 1 приведены перечень операций, производимых при изготовлении заготовок УУКМ, и примеры последовательности их исполнения (осуществления заявляемого способа).Table 1 shows a list of operations performed in the manufacture of blanks UUKM, and examples of the sequence of their execution (implementation of the proposed method).

Таблица 1.Table 1. Технологические операцииTechnological operations Примеры исполненияExecution Examples 1one 22 33 4four 55 66 77 88 99 1. Нанесение защитного покрытия1. Coating на углеродный наполнительon carbon filler ++ -- -- ++ ++ ++ -- ++ ++ 2. Пропитка углеродного наполнителя2. Impregnation of carbon filler углеродсодержащим составомcarbon compound -- ++ ++ -- -- ++ ++ -- -- 3. Изготовление модулей3. Production of modules ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ 4. Сушка (отверждение) модулей4. Drying (curing) of the modules -- ++ -- -- -- ++ -- -- -- 5. Нанесение защитного покрытия5. Coating на модулиon modules -- ++ ++ -- -- -- ++ -- -- 6. Пропитка модулей углеродоодер-6. Impregnation of carbon-based modules жащим составомlivestock -- ++ -- ++ -- ++ -- ++ -- 7. Сушка (отверждение) модулей7. Drying (curing) of the modules -- ++ -- ++ -- -- -- -- -- 8. Карбонизация или графитация8. Carbonization or graphitization модулейmodules -- ++ -- ++ -- ++ -- -- -- 9. Насыщение модулей пироуглеродом9. Saturation of modules with pyrocarbon в средеin the environment - газообразных- gaseous -- -- -- ++ -- -- -- -- -- - жидких углеводородов- liquid hydrocarbons -- -- -- -- -- -- -- ++ -- 10 Сборка каркаса (из модулей)10 Frame assembly (from modules) - прошивкой- firmware ++ ++ ++ ++ ++ -- ++ ++ ++ - холодным прессованием- cold pressing -- -- -- -- -- -- -- ++ -- - горячим прессованием- hot pressing -- -- -- -- -- ++ -- -- -- 11. Пропитка каркаса углеродсодержащим11. Impregnation of the frame with carbon составомcomposition -- -- -- ++ -- -- -- -- -- 12. Карбонизация или графитация12. Carbonization or graphitization каркасаframe -- -- -- ++ -- ++ -- ++ -- 13. Пропитка каркаса защитным13. The impregnation of the frame protective материаломthe material -- -- -- -- -- -- -- -- ++ 14. Насыщение каркаса пироуглеродом14. Saturation of the skeleton with pyrocarbon в средеin the environment - газообразных углеводородов- gaseous hydrocarbons ++ -- ++ ++ ++ ++ -- -- -- - жидких углеводородов- liquid hydrocarbons ++ -- -- -- -- ++ ++ -- 15. Карбонизация или графитация15. Carbonization or graphitization заготовки УУКМUUKM blanks -- ++ -- -- -- ++ -- -- -- 16. Термокисление заготовки УУКМ16. Thermal oxidation of the workpiece UUKM -- -- -- ++ -- -- -- ++ -- 17. Нанесение защитного покрытия17. Coating на заготовку УУКМfor blank UUKM -- -- -- ++ -- ++ -- ++ --

Пример 1Example 1

На углеродную нить УКН-5000 в вакуум-камере наносят защитное покрытие (Si) до увеличения веса загружаемой партии на 2-6%.A protective coating (Si) is applied to the UKN-5000 carbon fiber in a vacuum chamber until the weight of the loaded batch is increased by 2-6%.

В оснастке для плетения плоских заготовок, обеспечивающей сохранение размеров каждой заготовки и возможность ее физико-химической обработки, из углеродной нити УКН-5000 с покрытием Si изготавливают двухслойные со взаимно ортогональными слоями модули (120×120), которые собирают в каркас высотой 180 мм путем прошивки сдвоенной нитью УКН-5000, плотность каркаса - 0,38-0,41 г/см3. Каркас насыщается пироуглеродом в среде природного газа в течение 240 часов при температуре 900-1200°С термоградиентным методом. Плотность получаемой заготовки УУКМ - 1,77-1,79 г/см3 (коэффициент вариации - 1,52), предел прочности при сжатии - 302 МПа (коэффициент вариации - 6,4), предел прочности при изгибе - 196,5 МПа (коэффициент вариации - 6,57), коэффициент трения по стали - 0,2.In the tooling for weaving flat billets, which ensures the preservation of the dimensions of each billet and the possibility of its physicochemical treatment, two-layer modules with mutually orthogonal layers (120 × 120) are manufactured from UKN-5000 carbon fiber with Si coating, which are assembled into a 180 mm high frame by firmware double thread UKN-5000, the density of the frame is 0.38-0.41 g / cm 3 . The framework is saturated with pyrocarbon in a natural gas environment for 240 hours at a temperature of 900-1200 ° C using a thermogradient method. The density of the obtained UUKM billet is 1.77-1.79 g / cm 3 (variation coefficient - 1.52), compressive strength - 302 MPa (variation coefficient - 6.4), flexural strength - 196.5 MPa (coefficient of variation - 6.57), coefficient of friction for steel - 0.2.

Пример 2Example 2

Углеродную ткань УТ-900 пропитывают связующим на основе смолы ФН и нарезают на заготовки заданного размера (100×100 мм), которые помещают в оснастку, обеспечивающую сохранение размеров каждой заготовки и возможность ее физико-химической обработки. Полученные модули сушат (140-150°С) и помещают в установку плазменного напыления (типа УПН),где производят напыление карбида кремния. Модули с защитным покрытием пропитывают связующим на основе смолы ФН и проводят режим отверждения нанесенных слоев при температуре 160-180°С и карбонизацию при температуре 900-1100°С в среде азота. Увеличение веса каждого модуля составляет 30%. Карбонизованные модули собираются в каркас высотой 145-160 мм путем прошивки сдвоенной нитью УКН-5000, плотность каркаса - 0,78-0,8 г/см3. Полученный каркас насыщают пироуглеродом в среде минерального масла в течение 220 часов. Полученную заготовку УУКМ графитируют в среде азота при Т=2200-2500°С. Плотность получаемой заготовки - 2,02-2,15 г/см3 (коэффициент вариации - 1,8), предел прочности при сжатии - 291,22 МПа (коэффициент вариации 6,0), предел прочности при изгибе - 187,0 (коэффициент вариации - 6,88), коэффициент трения по стали - 0,8-0,9.The carbon fabric UT-900 is impregnated with a binder based on FN resin and cut into workpieces of a given size (100 × 100 mm), which are placed in a tooling, ensuring the preservation of the size of each workpiece and the possibility of its physicochemical processing. The resulting modules are dried (140-150 ° C) and placed in a plasma spraying unit (type UPN), where silicon carbide is sprayed. The modules with a protective coating are impregnated with a binder based on the resin FN and carry out the regime of curing the deposited layers at a temperature of 160-180 ° C and carbonization at a temperature of 900-1100 ° C in a nitrogen atmosphere. The weight gain of each module is 30%. Carbonated modules are assembled in a frame with a height of 145-160 mm by flashing with a double thread UKN-5000, the frame density is 0.78-0.8 g / cm 3 . The resulting framework is saturated with pyrocarbon in a mineral oil medium for 220 hours. The obtained UUKM preform is graphitized in a nitrogen medium at T = 2200-2500 ° C. The density of the obtained preform is 2.02-2.15 g / cm 3 (coefficient of variation - 1.8), ultimate compressive strength - 291.22 MPa (coefficient of variation 6.0), ultimate tensile strength in bending - 187.0 ( coefficient of variation - 6.88), coefficient of friction for steel - 0.8-0.9.

Пример 3Example 3

Углеродный войлок НТМ-200М в виде полотна толщиной 3+1 мм пропитывается фурфуриловым спиртом и вальцуется до толщины 0,8-1,5 мм, нарезается на заготовки заданного размера (100×100 мм), которые помещаются в оснастку, обеспечивающую сохранение размеров каждой заготовки. Полученные модули помещаются в вакуум-камеру, в которой производится нанесение защитного покрытия (Si) до увеличения веса каждого модуля на 10-12%.The NTM-200M carbon felt in the form of a web with a thickness of 3 + 1 mm is impregnated with furfuryl alcohol and rolled to a thickness of 0.8-1.5 mm, cut into blanks of a given size (100 × 100 mm), which are placed in a snap, ensuring the preservation of the size of each blanks. The resulting modules are placed in a vacuum chamber, in which a protective coating (Si) is applied until the weight of each module is increased by 10-12%.

Модули с защитным покрытием собираются в каркас высотой 95-115 мм путем прошивки одинарной нитью УКН-5000 с шагом 4 мм, плотность каркаса - 0,36-0,39 г/см3. Насыщение каркаса пироуглеродом производится в течение 120 часов в среде природного газа при температуре 900-1100°С термоградиентным методом. Полученная заготовка УУКМ имеет плотность 1,33-1,35 г/см3 (коэффициент вариации - 1,74), предел прочности при сжатии - 239,6 МПа (коэффициент вариации - 6,33), предел прочности при изгибе 106 МПа, коэффициент трения - 0,5-0,6.Modules with a protective coating are assembled into a frame with a height of 95-115 mm by flashing with a single thread of UKN-5000 with a step of 4 mm, the density of the frame is 0.36-0.39 g / cm 3 . The saturation of the framework with pyrocarbon is carried out for 120 hours in a natural gas environment at a temperature of 900-1100 ° C using the thermogradient method. The obtained UUKM billet has a density of 1.33-1.35 g / cm 3 (coefficient of variation - 1.74), tensile strength in compression - 239.6 MPa (coefficient of variation - 6.33), tensile strength in bending of 106 MPa, coefficient of friction - 0.5-0.6.

Пример 4Example 4

На углеродную нить УКН-5000 в вакуум-камере наносят защитное покрытие (Si) до увеличения веса загружаемой партии на 2-6%. В оснастке для плетения плоских заготовок, обеспечивающей сохранение размеров каждой заготовки и возможность ее физико-химической обработки, из углеродной нити УКН-5000 изготавливают четырехслойные модули (120×120) со слоями, направления наполнителя в которых относительно друг друга составляют 45°. Модули пропитывают раствором фурфурилового спирта, сушат (50-90°С) и карбонизуют при температуре 900°С. На карбонизованные модули в печи в атмосфере природного газа при температуре 900-1100°С в изотермическом режиме наносят пироуглерод в течение 4-х часов. Модули с покрытием из пироуглерода собирают в каркас высотой 210 мм путем прошивки одинарной нитью УКН-5000, плотность каркаса 0,39-0,43 г/см3. Полученный каркас пропитывают каменноугольным пеком в автоклаве (200-240°С) и графитируют в печи графитации в атмосфере аргона (2800°С). Операции пропитки пеком и графитации выполняют дважды. Насыщение каркаса пироуглеродом проводят термоградиентным методом в среде природного газа в течение 240 часов. Плотность полученной заготовки - 1,87-2,0. Полученную заготовку УУКМ выдерживают в воздушной среде при температуре 600°С в течение 12 часов (термоокисление с потерей веса до плотности 1,72-1,88 г/см3) и в среде природного газа и хлорида титана при температуре 600-1200°С наносят на поверхность заготовки защитное покрытие (TiC). Плотность материала полученной заготовки - 1,90-2,05 г/см3 (коэффициент вариации 1,66), предел прочности при сжатии - 168,5 МПа (коэффициент вариации - 6,35), предел прочности при изгибе - 181,7 МПа (коэффициент вариации - 6,69).A protective coating (Si) is applied to the UKN-5000 carbon fiber in a vacuum chamber until the weight of the loaded batch is increased by 2-6%. Four-layer modules (120 × 120) with layers in which the filler directions are 45 ° relative to each other are made of carbon fiber UKN-5000 in a tooling for weaving flat blanks, which ensures the preservation of the dimensions of each blank and the possibility of its physicochemical treatment. The modules are impregnated with a solution of furfuryl alcohol, dried (50-90 ° C) and carbonized at a temperature of 900 ° C. Pyrocarbon is applied to carbonized modules in a furnace in a natural gas atmosphere at a temperature of 900-1100 ° C in isothermal mode for 4 hours. Modules coated with pyrocarbon are assembled into a 210 mm high frame by flashing with a single thread UKN-5000, the frame density is 0.39-0.43 g / cm 3 . The resulting framework is impregnated with coal tar pitch in an autoclave (200-240 ° C) and graphitized in a graphitization furnace in an argon atmosphere (2800 ° C). The pitch impregnation and graphitization operations are performed twice. The saturation of the frame with pyrocarbon is carried out by a thermogradient method in a natural gas environment for 240 hours. The density of the obtained preform is 1.87-2.0. The obtained UUKM billet is kept in air at a temperature of 600 ° C for 12 hours (thermal oxidation with weight loss to a density of 1.72-1.88 g / cm 3 ) and in a natural gas and titanium chloride at a temperature of 600-1200 ° C apply a protective coating (TiC) to the surface of the workpiece. The density of the material of the obtained billet is 1.90-2.05 g / cm 3 (coefficient of variation 1.66), tensile strength in compression - 168.5 MPa (coefficient of variation - 6.35), tensile strength in bending - 181.7 MPa (coefficient of variation - 6.69).

Пример 5Example 5

На углеродный войлок НТМ-200М в виде полотна толщиной 3+1 мм наносят защитное покрытие (ZrC), затем полотно нарезают на заготовки заданного размера (100×100 мм), которые помещаются в оснастку, обеспечивающую сохранение размеров каждой заготовки. Полученные модули собираются в каркас высотой 95-110 мм путем прошивки одинарной нитью УКН-5000 с шагом 4 мм, плотность каркаса - 0,08-0,13 г/см3. Насыщение каркаса пироуглеродом производят в течение 90 часов в среде природного газа при температуре 900-1100°С термоградиентным методом. Полученная заготовка УУКМ имеет плотность 1,21-1,26 г/см3 (коэффициент вариации - 1,86), предел прочности при сжатии - 140 МПа (коэффициент вариации 6,28), коэффициент трения по стали - 0,3-0,45.A protective coating (ZrC) is applied to the NTM-200M carbon felt in the form of a sheet with a thickness of 3 + 1 mm, then the sheet is cut into blanks of a given size (100 × 100 mm), which are placed in a snap, ensuring the preservation of the size of each blank. The resulting modules are assembled in a frame with a height of 95-110 mm by flashing with a single thread UKN-5000 with a step of 4 mm, the density of the frame is 0.08-0.13 g / cm 3 . The saturation of the frame with pyrocarbon is carried out for 90 hours in a natural gas environment at a temperature of 900-1100 ° C by the thermogradient method. The obtained UUKM billet has a density of 1.21-1.26 g / cm 3 (coefficient of variation - 1.86), tensile strength under compression - 140 MPa (coefficient of variation 6.28), coefficient of friction for steel - 0.3-0 , 45.

Пример 6.Example 6

На углеродную ткань УТ-900(ЗУ-240) при нагреве до 900-1200°С в среде природного газа и смеси хлоридов кремния и титана наносят комбинированное защитное покрытие (SiC+TiC), приращение веса составляет при этом 10-15%(поверхностная плотность ткани увеличивается до 260-270 г/м2). Ткань с защитным покрытием пропитывают связующим на основе фенольно-формальдегидной смолы (СФК) и нарезают на заготовки заданного размера (100×100 мм), которые помещают в оснастку, обеспечивающую сохранение размеров каждой заготовки и возможность ее физико-химической обработки. Полученные модули сушат при температуре 90-130°С, пропитывают каменноугольным пеком (200-240°С) и карбонизуют в атмосфере азота (900-1200°С). Пропитку пеком и карбонизацию модулей проводят трижды, после чего модули пропитывают связующим на основе смолы ФН и собирают в каркас путем горячего прессования (190-240°С). Полученный каркас плотностью 0,6-0,8 г/см3 карбонизуют (900-1000°С) в среде азота и насыщают пироуглеродом термоградиентным методом при температуре 900-1100°С в среде природного газа 220 часов. Полученную заготовку УУКМ карбонизуют при 1000-1200°С и наносят покрытие Si из расплава в ванне при 1200-1400°С. Плотность получаемой заготовки УУКМ - 1,9-2,25 г/см3 (коэффициент вариации - 1,8), предел прочности при сжатии - 230,0 МПа (коэффициент вариации - 5,9), предел прочности при изгибе - 102 МПа (коэффициент вариации - 6,75), коэффициент трения по стали - 1,1.When heated to a carbon fabric UT-900 (ZU-240) when heated to 900-1200 ° C in a natural gas environment and a mixture of silicon and titanium chlorides, a combined protective coating (SiC + TiC) is applied, the weight increment is 10-15% (surface tissue density increases to 260-270 g / m 2 ). A fabric with a protective coating is impregnated with a binder based on phenol-formaldehyde resin (SFC) and cut into workpieces of a given size (100 × 100 mm), which are placed in equipment that ensures the preservation of the size of each workpiece and the possibility of its physicochemical processing. The resulting modules are dried at a temperature of 90-130 ° C, impregnated with coal tar pitch (200-240 ° C) and carbonized in a nitrogen atmosphere (900-1200 ° C). Impregnation with pitch and carbonization of the modules is carried out three times, after which the modules are impregnated with a binder based on resin FN and collected in a frame by hot pressing (190-240 ° C). The resulting framework with a density of 0.6-0.8 g / cm 3 is carbonized (900-1000 ° C) in a nitrogen atmosphere and saturated with pyrocarbon by a thermogradient method at a temperature of 900-1100 ° C in a natural gas environment for 220 hours. The obtained CCCM preform is carbonized at 1000-1200 ° C and Si is coated from the melt in the bath at 1200-1400 ° C. The density of the obtained UUKM billet is 1.9-2.25 g / cm 3 (coefficient of variation - 1.8), tensile strength in compression - 230.0 MPa (coefficient of variation - 5.9), tensile strength in bending - 102 MPa (coefficient of variation - 6.75), coefficient of friction for steel - 1.1.

Пример 7Example 7

Из углеродной нити УКН-5000 изготавливают стержни (пропиткой фенольно-формальдегидным связующим (10%). В оснастке для плетения плоских заготовок, обеспечивающей сохранение размеров каждой заготовки и возможность ее физико-химической обработки, из полученных стержней изготавливают двухслойные со взаимно ортогональными слоями модули (120×120), которые помещают в установку плазменного напыления (типа УПН), где производят напыление карбида кремния. Увеличение веса каждого модуля составило в среднем 5%. Модули собирают в каркас высотой 185 мм путем прошивки сдвоенной нитью УКН-5000, плотность каркаса - 0,32-0,35 г/см3. Каркас насыщается пироуглеродом в среде минерального масла в течение 240 часов при температуре 900-1200°С термоградиентным методом. Плотность получаемой заготовки УУКМ - 1,72-1,75 г/cм3 (кoэффициeнт вариации - 1,77), предел прочности при сжатии - 292 МПа (коэффициент вариации - 6,0), предел прочности при изгибе - 186,5 МПа (коэффициент вариации - 6,64), коэффициент трения по стали - 0,3.Rods are made of carbon fiber UKN-5000 (impregnated with phenol-formaldehyde binder (10%). In a tooling for weaving flat billets, which ensures the preservation of the size of each billet and the possibility of its physicochemical processing, two-layer modules with mutually orthogonal layers are made from the obtained rods ( 120 × 120), which are placed in a plasma spraying unit (UPN type), where silicon carbide is sprayed. The average weight of each module was 5%. The modules are assembled in a 185 mm high frame by roshivki double thread MCI-5000 framework density - 0.32-0.35 g / cm 3 pyrocarbon skeleton in an environment saturated with mineral oil for 240 hours at a temperature of 900-1200 ° C by temperature gradient density obtained preform CCC -.. 1, 72-1.75 g / cm 3 (coefficient of variation - 1.77), ultimate strength in compression - 292 MPa (coefficient of variation - 6.0), ultimate strength in bending - 186.5 MPa (coefficient of variation - 6.64 ), the coefficient of friction for steel is 0.3.

Пример 8Example 8

На углеродную ткань УТ-900 при температуре 900-1200°С в среде природного газа и смеси хлоридов титана и кремния наносят комбинированное покрытие (TiC+SiC), приращение веса при этом составило 10-15%. Из полученной ткани изготавливают модули размером 100×100. Модули пропитывают связующим на основе фурфурилового спирта и насыщают пироуглеродом в среде минерального масла при температуре 900-1200°С в течение 80 часов, затем собирают в каркас путем холодного прессования и прошивки одинарной нитью УКН-5000. Полученный каркас плотностью 0,5-0,7 г/см3 карбонизуют (900-1000°С) в среде азота и насыщают пироуглеродом при температуре 900-1100°С в среде минерального масла 220 часов. Плотность получаемой заготовки 1,60-1,64 г/см3. Полученную заготовку УУКМ выдерживают в воздушной среде при температуре 600°С в течение 12 часов (термоокисление с потерей веса до плотности 1,55-1,59 г/см3) и в среде природного газа и хлорида титана при температуре 600-1200°С наносят на поверхность заготовки защитное покрытие (TiC). Плотность материала полученной заготовки - 1,63-1,66 г/см3 (коэффициент вариации - 1,82), что соответствует увеличению веса заготовки на 1,2-2,0%, предел прочности при сжатии - 170,0 МПа (коэффициент вариации - 6,3), предел прочности при изгибе - 118,7 МПа (коэффициент вариации - 6,25), коэффициент трения по стали - 0,9.The carbon fabric UT-900 at a temperature of 900-1200 ° C in an environment of natural gas and a mixture of titanium and silicon chlorides is applied a combined coating (TiC + SiC), the weight gain in this case was 10-15%. Modules of size 100 × 100 are made from the resulting fabric. The modules are impregnated with a furfuryl alcohol-based binder and saturated with pyrocarbon in mineral oil at a temperature of 900-1200 ° C for 80 hours, then assembled into a frame by cold pressing and flashing with a single UKN-5000 thread. The resulting framework with a density of 0.5-0.7 g / cm 3 is carbonized (900-1000 ° C) in a nitrogen atmosphere and saturated with pyrocarbon at a temperature of 900-1100 ° C in a mineral oil medium for 220 hours. The density of the resulting preform 1.60-1.64 g / cm 3 . The obtained UUKM billet is kept in air at a temperature of 600 ° C for 12 hours (thermal oxidation with weight loss to a density of 1.55-1.59 g / cm 3 ) and in a natural gas and titanium chloride at a temperature of 600-1200 ° C apply a protective coating (TiC) to the surface of the workpiece. The density of the material of the obtained preform is 1.63-1.66 g / cm 3 (coefficient of variation - 1.82), which corresponds to an increase in the weight of the preform by 1.2-2.0%, the compressive strength is 170.0 MPa ( coefficient of variation - 6.3), tensile strength in bending - 118.7 MPa (coefficient of variation - 6.25), coefficient of friction for steel - 0.9.

Пример 9Example 9

На углеродный войлок НТМ-200М в виде полотна толщиной 3+1 мм наносят защитное покрытие (SiC) до увеличения веса полотна на 2-8%. 3атем полотно нарезают на заготовки заданного размера (100×100 мм), которые помещаются в оснастку, обеспечивающую сохранение размеров каждой заготовки. Полученные модули собираются в каркас высотой 95-110 мм путем прошивки одинарной нитью УКН-5000 с шагом 4 мм, плотность каркаса - 0,08-0,10 г/см3. Каркас пропитывается TiC в среде природного газа и хлорида титана при температуре 900-1200°С в течение 80 часов. Насыщение каркаса пироуглеродом производят в течение 160 часов в среде природного газа при температуре 1000-1100°С термоградиентным методом. Полученная заготовка УУКМ имеет плотность 1,44-1,46 г/см3 (коэффициент вариации - 1,69), предел прочности при сжатии - 186 МПа (коэффициент вариации 6,3), коэффициент трения по стали - 0,8-0,95.The NTM-200M carbon felt in the form of a web with a thickness of 3 + 1 mm is coated with a protective coating (SiC) until the weight of the web is increased by 2-8%. Then the web is cut into workpieces of a given size (100 × 100 mm), which are placed in a snap, ensuring the preservation of the size of each workpiece. The resulting modules are assembled in a frame with a height of 95-110 mm by flashing with a single thread UKN-5000 with a step of 4 mm, the density of the frame is 0.08-0.10 g / cm 3 . The frame is impregnated with TiC in natural gas and titanium chloride at a temperature of 900-1200 ° C for 80 hours. The framework is saturated with pyrocarbon for 160 hours in a natural gas environment at a temperature of 1000-1100 ° C using the thermogradient method. The obtained UUKM billet has a density of 1.44-1.46 g / cm 3 (coefficient of variation - 1.69), ultimate compressive strength - 186 MPa (coefficient of variation 6.3), coefficient of friction for steel - 0.8-0 , 95.

В таблице 2 приведены характеристики УУКМ, изготовленых по технологии, предлагаемой в настоящей заявке. Диапазон средних значений характеристик материала заготовок УУКМ, изготовленных по предлагаемой в настоящей заявке технологии, существенно расширен по сравнению с прототипом, при этом коэффициент вариации показанных величин значительно - в 2,5-3 раза - меньше, чем у таковых же для материала, изготовленного по прототипу.Table 2 summarizes the characteristics of the CCM manufactured by the technology proposed in this application. The range of average values of the characteristics of the material of the UUKM billets manufactured according to the technology proposed in this application is significantly expanded in comparison with the prototype, while the coefficient of variation of the values shown is significantly - 2.5-3 times - less than those for the material made according to prototype.

Таблица 2table 2 Характеристики УУКМ, изготовленного по предлагаемому способуCharacteristics of UUKM manufactured by the proposed method средние значенияaverage values коэф-т вариацииcoefficient of variation Плотность, г/см3 Density, g / cm 3 1,2-2,11.2-2.1 1,861.86 Предел прочности при сжатии, МПаThe limit of compressive strength, MPa 140-300140-300 6,46.4 Предел прочности при изгибе, МПаBending Strength, MPa 100-200100-200 6,886.88 Коэффициент трения по сталиSteel friction coefficient 0,2-1,00.2-1.0

Claims (8)

1. Способ изготовления углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ) плотностью 1,2-2,1 г/см3, включающий нанесение защитных покрытий на углеродный наполнитель и/или пропитку его углеродсодержащими составами, изготовление модулей из сгруппированных в заданном порядке волокнистых углеродных наполнителей, при этом толщина стенки модуля равна как минимум толщине углеродного наполнителя, сборку каркаса путем сложения модулей в единый пакет с последующим холодным или горячим прессованием и/или прошивкой нитью или стержнями по одной из координат заготовки, совпадающей или не совпадающей с ориентацией наполнителя в модуле, до плотности 0,1-0,8 г/см3, получение УУКМ путем насыщения каркаса пироуглеродом в среде газообразных или жидких углеводородов.1. A method of manufacturing carbon-carbon composite materials (CCCM) with a density of 1.2-2.1 g / cm 3 , including applying protective coatings to the carbon filler and / or impregnating it with carbon-containing compounds, the manufacture of modules from fibrous carbon fillers grouped in the specified order wherein the wall thickness of the module is equal to at least the thickness of the carbon filler, the assembly of the frame by folding the modules into a single package, followed by cold or hot pressing and / or stitching with thread or rods according to one of coordinates of the workpiece, coinciding or not coinciding with the orientation of the filler in the module, to a density of 0.1-0.8 g / cm 3 , obtaining CCCM by saturating the frame with pyrocarbon in a gaseous or liquid hydrocarbon medium. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродного наполнителя используют волокна, нити, стержни, ленты, ткани, трикотаж, войлок.2. The method according to claim 1, characterized in that the carbon filler uses fibers, threads, rods, ribbons, fabrics, knitwear, felt. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащих составов используют связующие на основе фенольно-формальдегидных смол, фурфуриловый спирт, каменноугольный пек.3. The method according to claim 1, characterized in that as the carbon-containing compositions are used binders based on phenol-formaldehyde resins, furfuryl alcohol, coal tar pitch. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве защитных покрытий используют Мо, Zr, Аl2O3, TiC, ZrC, Nb2N, TiN, TiB2, ZrB2, HfB2, SiC, Si.4. The method according to claim 1, characterized in that Mo, Zr, Al 2 O 3 , TiC, ZrC, Nb 2 N, TiN, TiB 2 , ZrB 2 , HfB 2 , SiC, Si are used as protective coatings. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после операции изготовления модулей, осуществляют сушку модулей, и/или нанесение защитных покрытий на модули, и/или пропитку модулей углеродсодержащими составами с последующей их сушкой, и/или карбонизацию или графитацию модулей, и/или насыщение модулей в среде газообразных или жидких углеводородов до увеличения массы модуля на 5-30%.5. The method according to claim 1, characterized in that after the operation of manufacturing the modules, the modules are dried, and / or protective coatings are applied to the modules, and / or the modules are impregnated with carbon-containing compounds, followed by drying, and / or the carbonization or graphitization of the modules, and / or saturation of the modules in a gaseous or liquid hydrocarbon medium until the module mass is increased by 5-30%. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что после операции сборки каркасов осуществляют пропитку каркаса углеродсодержащими составами, и/или карбонизацию или графитацию каркасов, и/или пропитку каркасов составами защитных материалов.6. The method according to claim 1, characterized in that after the operation of assembling the frames, the frame is impregnated with carbon-containing compounds, and / or the carbonization or graphitization of the frames, and / or the frames are impregnated with protective compositions. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что операции насыщения каркаса пироуглеродом в среде газообразных или жидких углеводородов, карбонизации или графитации, термоокисления проводят до достижения плотности заготовки УУКМ 1,2-2,1 г/см3.7. The method according to claim 1, characterized in that the operations of saturation of the framework with pyrocarbon in the atmosphere of gaseous or liquid hydrocarbons, carbonization or graphitization, thermal oxidation are carried out until the density of the preform UVKM 1.2-2.1 g / cm 3 . 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что после операции насыщения каркасов, осуществляют карбонизацию или графитацию УУКМ, и/или термоокисление УУКМ, и/или нанесение защитных покрытий на заготовку УУКМ до увеличения ее массы на 2-10%. 8. The method according to claim 1, characterized in that after the operation of saturation of the frames, carbonization or graphitization of the CCCM, and / or thermal oxidation of the CCCM, and / or the application of protective coatings to the CCCM blank are carried out until its weight is increased by 2-10%.
RU2008136197/03A 2008-09-09 2008-09-09 Method of making workpieces from carbon-carbon composite materials RU2422407C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008136197/03A RU2422407C2 (en) 2008-09-09 2008-09-09 Method of making workpieces from carbon-carbon composite materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008136197/03A RU2422407C2 (en) 2008-09-09 2008-09-09 Method of making workpieces from carbon-carbon composite materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008136197A RU2008136197A (en) 2010-03-20
RU2422407C2 true RU2422407C2 (en) 2011-06-27

Family

ID=42136825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008136197/03A RU2422407C2 (en) 2008-09-09 2008-09-09 Method of making workpieces from carbon-carbon composite materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2422407C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559407C1 (en) * 2014-07-30 2015-08-10 Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" Tight item for operation under overpressure
RU2621506C1 (en) * 2016-05-11 2017-06-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов" (ФГУП "ВНИИТС") Multilayer heat-resistant coating on articles from carbon-carbon composite materials
RU2634598C1 (en) * 2016-08-22 2017-11-01 Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" (АО "УНИИКМ") Carbon-carbon composite material
RU2712607C1 (en) * 2019-09-12 2020-01-29 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method for forming 3d frame multidimensional reinforced carbon composite material and device for its implementation
RU2780174C1 (en) * 2021-07-02 2022-09-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method for manufacturing a two-dimensionally reinforced carbon-carbide composite material based on a carbon fibrous filler with a mixed carbon-carbide matrix

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116606154B (en) * 2023-05-08 2024-02-20 韶山汇达新材料有限公司 Preparation method of Cf/SiC composite material with sandwich structure
CN116768642A (en) * 2023-08-17 2023-09-19 成都飞机工业(集团)有限责任公司 Preparation method of long spiral fiber toughened ceramic matrix composite

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2559407C1 (en) * 2014-07-30 2015-08-10 Открытое Акционерное Общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" Tight item for operation under overpressure
RU2621506C1 (en) * 2016-05-11 2017-06-06 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов" (ФГУП "ВНИИТС") Multilayer heat-resistant coating on articles from carbon-carbon composite materials
RU2634598C1 (en) * 2016-08-22 2017-11-01 Акционерное общество "Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов" (АО "УНИИКМ") Carbon-carbon composite material
RU2712607C1 (en) * 2019-09-12 2020-01-29 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method for forming 3d frame multidimensional reinforced carbon composite material and device for its implementation
WO2021049969A1 (en) * 2019-09-12 2021-03-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Forming a 3d matrix of reinforced carbon composite material
RU2780174C1 (en) * 2021-07-02 2022-09-20 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита "НИИграфит" Method for manufacturing a two-dimensionally reinforced carbon-carbide composite material based on a carbon fibrous filler with a mixed carbon-carbide matrix

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008136197A (en) 2010-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2422407C2 (en) Method of making workpieces from carbon-carbon composite materials
EP1852252B2 (en) High-temperature resistant composite material
EP1908740B1 (en) CARBON-FIBER-REINFORCED SiC COMPOSITE MATERIAL AND SLIDE MEMBER
US4396663A (en) Carbon composite article and method of making same
EP1305268B1 (en) Carbon-matrix composites compositions and methods related thereto
US3462289A (en) Process for producing reinforced carbon and graphite bodies
US5067999A (en) Method for providing a silicon carbide matrix in carbon-fiber reinforced composites
US20100209659A1 (en) Carbon-carbon composite
DE3628659C2 (en)
JPS6256103B2 (en)
RU2337083C2 (en) Method of production of fiber-reinforced carbon-silicon carbide composite material
EP2147776A1 (en) Method for manufacturing a compound material reinforced with fibre netting and compound material reinforced with fibre netting and its application
DE3739250A1 (en) BLACKBOARD
EP2507039A1 (en) Production of a 3d textile structure and semi-finished fiber product made of fiber composites
CN108947556A (en) A kind of carbon carbon composite preparation method based on one-way tape technique
EP1515835B1 (en) Honeycomb-shaped carbon element
CN112060620A (en) Carbon-carbon heat-preserving cylinder forming process
EP0231787B1 (en) Method of manufacturing an impervious carbon or graphite article
JPH069270A (en) Preparation of carbon/carbon composite material part using mesophase powder
CN115448744A (en) Preparation method of carbon/carbon throat insert
EP0466962B1 (en) Process for making carbon-fibre-reinforced carbon composite bodies.
RU2780174C1 (en) Method for manufacturing a two-dimensionally reinforced carbon-carbide composite material based on a carbon fibrous filler with a mixed carbon-carbide matrix
US4152381A (en) Method for preparing metallated filament-wound structures
RU2741981C1 (en) Method of producing base for making friction composite carbon-silicon carbide material
WO2018087402A1 (en) Novel c/c composite material

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140910