RU2747635C1 - Method for producing products from carbon-carbon composite material in shell form - Google Patents
Method for producing products from carbon-carbon composite material in shell form Download PDFInfo
- Publication number
- RU2747635C1 RU2747635C1 RU2019141169A RU2019141169A RU2747635C1 RU 2747635 C1 RU2747635 C1 RU 2747635C1 RU 2019141169 A RU2019141169 A RU 2019141169A RU 2019141169 A RU2019141169 A RU 2019141169A RU 2747635 C1 RU2747635 C1 RU 2747635C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- mandrel
- cte
- products
- carbon composite
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D03—WEAVING
- D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
- D03D3/00—Woven fabrics characterised by their shape
- D03D3/02—Tubular fabrics
Abstract
Description
Изобретение относится к углеродным композиционным материалам, изделия из которых предназначены для авиакосмической и химико-металлургической промышленности, работающих при высоких температурах в неокислительных средах.The invention relates to carbon composite materials, products from which are intended for the aerospace and chemical-metallurgical industries, operating at high temperatures in non-oxidizing environments.
Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления изделий из углерод-углеродного композиционного материала в форме оболочки, включающий формирование из углеродных волокон каркаса объемной структуры путем наработки его на установленной в круглоткацкую машину формообразующей оправке и насыщение его пироуглеродом из газовой фазы. Способ усматривается из описания к пат. РФ №2201893, 2003 г. В соответствии с ним наработанный на формообразующей оправке (оправку чаще всего изготавливают из пенополистирола) каркас снимают с нее, а перед насыщением его пироуглеродом натягивают на формообразующую оправку, выполненную из другого типа материала. Для натяжения каркаса на оправку используют натяжное устройство, т.к. при съеме наработанного на круглоткацкой машине каркаса с формообразующей оправки происходит его сужение из-за релаксации структуры каркаса.Closest to the claimed one is a method of manufacturing products from a carbon-carbon composite material in the form of a shell, including the formation of a framework of a three-dimensional structure from carbon fibers by working it on a forming mandrel installed in a circular loom and saturating it with pyrocarbon from the gas phase. The method is seen from the description to US Pat. RF №2201893, 2003. In accordance with it, the frame developed on a shaping mandrel (the mandrel is most often made of expanded polystyrene) is removed from it, and before saturation with pyrocarbon, it is pulled onto a shaping mandrel made of a different type of material. To tension the frame on the mandrel, a tensioning device is used, since when removing the frame worked out on the circular weaving machine from the forming mandrel, it narrows due to the relaxation of the frame structure.
Недостатком способа являются сравнительно длительный цикл и высокие затраты на изготовление изделий.The disadvantage of this method is the relatively long cycle and high costs of manufacturing products.
Задачей изобретения является снижение цикла и затрат на изготовление изделий в виде оболочки конической, цилиндрически-конической и оживальной формы.The objective of the invention is to reduce the cycle and cost of manufacturing products in the form of a conical, cylindrical-conical and ogival shell.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления изделий из углерод-углеродного композиционного материала в форме оболочки, включающем формирование из углеродных волокон каркаса объемной структуры путем наработки его на установленной в круглоткацкую машину формообразующей оправке и насыщение его пироуглеродом из газовой фазы, в соответствии с заявленным техническим решением наработку каркаса и его насыщение проводят на одной и той же формообразующей оправке из термостойкого материала со сформированным на ней разделительным слоем, при этом при необходимости каркас фиксируют на оправке, например, путем выполнения на ней цилиндрического участка, или участка с обратной конусностью, либо штифтами из термостойкого материала. При этом в качестве разделительного слоя можно использовать газетную бумагу, целлофан, графитовую фольгу, покрытие из термостойкого материала низкой проницаемости.The problem is solved due to the fact that in the method of manufacturing products from a carbon-carbon composite material in the form of a shell, including the formation of a framework of a three-dimensional structure from carbon fibers by developing it on a forming mandrel installed in a circular weaving machine and saturating it with pyrocarbon from the gas phase, in accordance with with the claimed technical solution, the development of the frame and its saturation are carried out on the same forming mandrel made of heat-resistant material with a separating layer formed on it, while, if necessary, the frame is fixed on the mandrel, for example, by performing a cylindrical section on it, or a section with a reverse taper or pins made of heat-resistant material. In this case, newsprint, cellophane, graphite foil, a coating made of a heat-resistant material of low permeability can be used as a separating layer.
Решению поставленной задачи способствует то, что в предпочтительных вариантах выполнения способа:The solution to this problem is facilitated by the fact that in the preferred embodiments of the method:
- формообразующую оправку выполняют из материала с КЛТР, превышающим КЛТР углерод-углеродного композиционного материала;- the shaping mandrel is made of a material with a CTE exceeding the CTE of a carbon-carbon composite material;
- формообразующую оправку выполняют с профилем наружной поверхности, заданным с учетом разницы между КЛТР материалов формообразующей оправки и изготавливаемого изделия, а именно: с занижением диаметра на величину ΔД=До⋅Δα⋅Т, где До - требуемый диаметр рабочего профиля изделия, в мм, Δα - разница КЛТР, в град-1, Т - температура получения УУКМ, в градусах.- the shaping mandrel is made with the profile of the outer surface specified taking into account the difference between the CTE of the materials of the shaping mandrel and the manufactured product, namely: with an underestimation of the diameter by the value ΔD = D o ⋅Δα⋅T, where D o is the required diameter of the working profile of the product, in mm, Δα - difference in CTE, in deg -1 , T - temperature of CCCM production, in degrees.
Осуществление наработки каркаса на формообразующей оправке из термостойкого материала, применяемой при насыщении его пироуглеродом из газовой фазы, позволяет исключить необходимость съема каркаса с оправки для наработки и посадки ее вновь на оправку для насыщения с помощью специального натяжного устройства.Carrying out the operating time of the frame on a shaping mandrel made of a heat-resistant material, which is used when it is saturated with pyrocarbon from the gas phase, eliminates the need to remove the frame from the mandrel for operating time and fit it back onto the mandrel for saturation using a special tensioning device.
Формирование по наружной поверхности формообразующей оправки разделительного слоя облегчает съем с нее заготовки. В противном случае каркас в процессе его насыщения пироуглеродом (особенно при использовании термоградиентного метода) срастается с формообразующей оправкой, следствием чего является необходимость ее удаления путем механической обработки (т.е. оправка имеет разовое использование). Облегчению съема заготовки с формообразующей оправки способствует то, что формообразующую оправку выполняют из материала с КЛТР, превышающим КЛТР углерод-углеродного композиционного материала.The formation of a separating layer on the outer surface of the forming mandrel facilitates the removal of the workpiece from it. Otherwise, the frame during its saturation with pyrocarbon (especially when using the thermal gradient method) grows together with the forming mandrel, which results in the need to remove it by mechanical processing (i.e., the mandrel has a one-time use). The removal of the blank from the forming mandrel is facilitated by the fact that the forming mandrel is made of a material with a CTE exceeding the CTE of a carbon-carbon composite material.
То, что при формировании каркаса производят фиксацию его на оправке, например путем выполнения на формообразующей оправке цилиндрического участка или участка с обратной конусностью, либо штифтами из термостойкого материала, позволяет придать ему требуемые размеры и форму за счет исключения сползания отдельных его участков, в частности, в сторону меньшего диаметра.The fact that during the formation of the frame, it is fixed on the mandrel, for example, by making a cylindrical section or a section with a reverse taper on the forming mandrel, or by pins made of heat-resistant material, allows it to be given the required dimensions and shape by eliminating the sliding of its individual sections, in particular, towards a smaller diameter.
То, что в предпочтительном варианте выполнения способа формообразующую оправку выполняют с профилем наружной поверхности, заданным с учетом разницы между КЛТР материалов формообразующей оправки и изготавливаемого изделия, а именно: с занижением диаметра на величину ΔД=До×Δα×Т, где До - требуемый диаметр рабочего профиля изделия, в мм, Δα - разница КЛТР, в град-1, Т - температура получения УУКМ, в градусах, позволяет исключить необходимость обработки заготовки из УУКМ по внутреннему профилю, т.к. он уже соответствует рабочему профилю изделия.The fact that, in a preferred embodiment of the method, the shaping mandrel is made with the profile of the outer surface specified taking into account the difference between the CTE of the materials of the shaping mandrel and the manufactured product, namely: with an underestimation of the diameter by the value ΔD = D o × Δα × T, where D o - the required diameter of the working profile of the product, in mm, Δα is the difference in CTE, in deg -1 , T is the temperature of receiving CCCM, in degrees, eliminates the need for processing the workpiece from the CCCM along the inner profile, since it already matches the working profile of the product.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность исключить необходимость наработки каркаса на формообразующей оправке одного типа, съема с нее и посадки на формообразующую оправку другого типа и при этом исключить его формоизменения, а также создать условия для облегчения съема заготовки из УУКМ с формообразующей оправки и тем самым обеспечить ее многоразовое использование.In the new set of essential features, the subject of the invention acquires a new property: the ability to eliminate the need to develop a frame on a shaping mandrel of one type, remove from it and fit onto a shaping mandrel of another type, and at the same time exclude its shaping, as well as create conditions to facilitate removal of the workpiece from CCC from the forming mandrel and thereby ensure its reusable use.
Благодаря новому свойству решается поставленная задача, а именно: обеспечивается снижение цикла и затрат на изготовление изделий в виде оболочки конической, цилиндрическо-конической и оживальной формы.Thanks to the new property, the task is being solved, namely: reducing the cycle and costs for manufacturing products in the form of a shell of a conical, cylindrical-conical and ogival shape.
Изготовление изделий из УУКМ в форме оболочки осуществляют следующим образом.Manufacturing of products from CCCM in the form of a shell is carried out as follows.
Из углеродных волокон формируют каркас объемной структуры путем наработки его на установленной в круглоткацкую машину формообразующей оправке. Причем наработку каркаса осуществляют на формообразующей оправке, применяемой при насыщении его пироуглеродом из газовой фазы, для чего выполняют ее из термостойкого материала, предпочтительно с КЛТР, превышающим КЛТР УУКМ, получаемого насыщением каркаса пироуглеродом. При этом на наружной поверхности формообразующей оправки перед наработкой каркаса формируют разделительный слой на основе, например, графитовой фольги.A framework of a three-dimensional structure is formed from carbon fibers by its development on a forming mandrel installed in a circular weaving machine. Moreover, the development of the frame is carried out on a shaping mandrel used when it is saturated with pyrocarbon from the gas phase, for which it is made of a heat-resistant material, preferably with a CTE exceeding the CTE of the CCCM obtained by saturating the frame with pyrocarbon. In this case, a separating layer is formed on the outer surface of the forming mandrel before the development of the frame, based on, for example, a graphite foil.
В предпочтительных вариантах выполнения способа:In preferred embodiments of the method:
- формообразующую оправку выполняют из материала с КЛТР, превышающим КЛТР углерод-углеродного композиционного материала;- the shaping mandrel is made of a material with a CTE exceeding the CTE of a carbon-carbon composite material;
- формообразующую оправку выполняют с профилем наружной поверхности, заданным с учетом разницы между КЛТР материалов формообразующей оправки и изготавливаемого изделия, а именно: с занижением диаметра на величину ΔД=До×Δα×Т, где До - требуемый диаметр рабочего профиля изделия, в мм, Δα - разница КЛТР, в град-1, Т - температура получения УУКМ, в градусах.- the shaping mandrel is performed with the profile of the outer surface specified taking into account the difference between the CTE of the materials of the shaping mandrel and the manufactured product, namely: with an underestimation of the diameter by the value ΔD = D o × Δα × T, where D o is the required diameter of the working profile of the product, in mm, Δα - difference in CTE, in deg -1 , T - temperature of CCCM production, in degrees.
Ниже приведены конкретные примеры изготовления изделий из УУКМ заявляемым способом.Below are specific examples of the manufacture of products from CCCM by the claimed method.
Пример 1.Example 1.
Изготовили изделие в виде оболочки цилиндрическо-конической формы со следующими размерами - диаметр цилиндрической части Ø900 мм, нижний диаметр конусной части Ø1300 мм, длина каркаса ~1200 мм.The product was manufactured in the form of a cylindrical-conical shell with the following dimensions - the diameter of the cylindrical part is Ø900 mm, the lower diameter of the conical part is Ø1300 mm, the length of the frame is ~ 1200 mm.
Для этого вначале наработали из углеродных нитей каркас. Для наработки в качестве нитей основы и перевязки использовали волокно УРАЛ-Н ТУ BY 400031289.140, а в качестве нитей утка - УКН/5000 ГОСТ 28008.For this, we first worked out a frame from carbon threads. For production, URAL-N fiber TU BY 400031289.140 was used as warp and dressing threads, and UKN / 5000 GOST 28008 was used as weft threads.
Наработку каркаса произвели на установленной в круглоткацкую машину формообразующей оправке. В качестве формообразующей оправки использовали оправку, применяемую при насыщении каркаса пироуглеродом из газовой фазы. Оправку выполнили из УУКМ на основе низкомодульных углеродных волокон, а точнее: на основе углеродной ткани марки УРАЛ-ТМ-4 СТБ 995. Материал оправки в кольцевом направлении имеет КЛТР ~4,0×10-6 град-1, в то время как материал изделия - ~2,0÷2,5×10-6 град-1, т.е. материал оправки имеет больший КЛТР, чем материал изделия.The frame was developed on a forming mandrel installed in a circular weaving machine. As a shaping mandrel, a mandrel was used, which is used for saturation of the frame with pyrocarbon from the gas phase. The mandrel was made of CCCM based on low-modulus carbon fibers, or rather, based on URAL-TM-4 STB 995 carbon fabric. The mandrel material in the annular direction has a CTE of ~ 4.0 × 10 -6 deg -1 , while the material products - ~ 2.0 ÷ 2.5 × 10 -6 deg -1 , i.e. the material of the mandrel has a higher CTE than the material of the product.
Перед наработкой каркаса на наружной поверхности формообразующей оправки сформировали разделительный слой из графитовой фольги марки ГФ ТУ 5728-003-93978201 путем приклейки заготовок из фольги на резиновый клей.Before the development of the frame on the outer surface of the forming mandrel, a separating layer of graphite foil of the GF TU 5728-003-93978201 brand was formed by gluing foil blanks onto rubber glue.
Насыщение каркаса пироуглеродом произвели термоградиентным методом по режиму: температура в зоне пиролиза - 980°С, избыточное давление -0,025÷0,03 атм., скорость движения пиролиза - 0,25 мм/час.The saturation of the frame with pyrocarbon was carried out by the thermal-gradient method according to the regime: temperature in the pyrolysis zone - 980 ° C, overpressure -0.025 ÷ 0.03 atm., Pyrolysis speed - 0.25 mm / h.
В результате насыщения каркаса пироуглеродом получили изделие с высокой размерной точностью, с плотным прилеганием к формообразующей оправке. Съем изделия с формообразующей оправки произвели без применения специального съемника.As a result of saturation of the frame with pyrocarbon, a product with high dimensional accuracy was obtained, with a tight fit to the forming mandrel. The product was removed from the forming mandrel without the use of a special stripper.
Пример 2.Example 2.
Изготовили изделие в виде оболочки оживальной формы высотой ~350 мм с диаметрами верхнего и нижнего торцев - Ø760 мм и Ø900 мм соответственно. После наработки каркас зафиксировали на оправке штифтами из графита в зоне технологического припуска нижнего торца. Изделие изготовили аналогично примеру 1.The product was made in the form of an ogival shell with a height of ~ 350 mm with the diameters of the upper and lower ends - Ø760 mm and Ø900 mm, respectively. After the operating time, the frame was fixed on the mandrel with graphite pins in the area of the technological allowance of the lower end. The product was made analogously to example 1.
В результате насыщения каркаса пироуглеродом получили изделие с высокой размерной точностью, с плотным прилеганием к формообразующей оправке. Съем изделия с формообразующей оправки произвели без применения специального съемника, удалив предварительно фиксирующие элементы.As a result of saturation of the frame with pyrocarbon, a product with high dimensional accuracy was obtained, with a tight fit to the forming mandrel. The product was removed from the forming mandrel without the use of a special puller, having previously removed the fixing elements.
Примеры 3, 3а.Examples 3, 3a.
Изготовили такие же изделия, как в примере 1. Отличие состояло в том, что в качестве материала формообразующей оправки использовали графит марки ЭГ ТУ 1915-007-27208846 с КЛТР ~6,0×10-6 град-1, занизив при этом профиль наружной поверхности формообразующей оправки, а в качестве разделительного слоя применили газетную бумагу (пример 3) или покрытие из термостойкого материала низкой проницаемости (пример 3а), например, покрытие, формируемое на основе шликерной композиции из мелкодисперсных частиц двуокиси циркония и жидкого стекла.Made the same products as in example 1. The difference was that the material of the forming mandrel was used graphite grade EG TU 1915-007-27208846 with CTE ~ 6.0 × 10 -6 deg -1 , while underestimating the profile of the outer the surface of the forming mandrel, and newsprint (example 3) or a coating of a heat-resistant material of low permeability (example 3a), for example, a coating formed on the basis of a slip composition of fine particles of zirconium dioxide and water glass, was used as a separating layer.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141169A RU2747635C1 (en) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | Method for producing products from carbon-carbon composite material in shell form |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019141169A RU2747635C1 (en) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | Method for producing products from carbon-carbon composite material in shell form |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2747635C1 true RU2747635C1 (en) | 2021-05-11 |
Family
ID=75919702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019141169A RU2747635C1 (en) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | Method for producing products from carbon-carbon composite material in shell form |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2747635C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2080750C1 (en) * | 1986-09-15 | 1997-05-27 | Композитек, Лтд. | Armored multiple-layer plastic materials for manufacturing of printed circuits, methods for manufacturing of such materials and resulted devices |
| RU2125031C1 (en) * | 1993-10-27 | 1999-01-20 | Сосьете Эропеен де Пропюльсьон | Method of vapor-phase chemical infiltration of material into bulk of fibrous substrate |
| RU2186725C2 (en) * | 2000-02-21 | 2002-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт Термохимии" | Method of making articles from carbon composite material |
| US7235132B2 (en) * | 2003-05-14 | 2007-06-26 | Sgl Carbon Ag | Durable CFC support crucible for high-temperature processes in the pulling of semiconductor single crystals |
| RU2391118C1 (en) * | 2008-09-17 | 2010-06-10 | Валерий Федорович Татаринов | Carbon-carbon compositional material |
| EP1748464B1 (en) * | 2005-07-25 | 2011-10-12 | Schunk Kohlenstofftechnik GmbH | Rotary anode and method of fabrication of a heat sink of a rotary anode |
-
2019
- 2019-12-11 RU RU2019141169A patent/RU2747635C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2080750C1 (en) * | 1986-09-15 | 1997-05-27 | Композитек, Лтд. | Armored multiple-layer plastic materials for manufacturing of printed circuits, methods for manufacturing of such materials and resulted devices |
| RU2125031C1 (en) * | 1993-10-27 | 1999-01-20 | Сосьете Эропеен де Пропюльсьон | Method of vapor-phase chemical infiltration of material into bulk of fibrous substrate |
| RU2186725C2 (en) * | 2000-02-21 | 2002-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Институт Термохимии" | Method of making articles from carbon composite material |
| US7235132B2 (en) * | 2003-05-14 | 2007-06-26 | Sgl Carbon Ag | Durable CFC support crucible for high-temperature processes in the pulling of semiconductor single crystals |
| EP1748464B1 (en) * | 2005-07-25 | 2011-10-12 | Schunk Kohlenstofftechnik GmbH | Rotary anode and method of fabrication of a heat sink of a rotary anode |
| RU2391118C1 (en) * | 2008-09-17 | 2010-06-10 | Валерий Федорович Татаринов | Carbon-carbon compositional material |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5198034B2 (en) | Method for making a composite test blade | |
| JP6478990B2 (en) | Manufacturing method for large quartz glass tubes | |
| HUP9903700A1 (en) | Method for making fibrous preforms for producing annular parts from a composite material | |
| TWI668193B (en) | Method for producing a tube of glass | |
| JP2004531439A (en) | Process and apparatus for forming mineral wool | |
| RU2747635C1 (en) | Method for producing products from carbon-carbon composite material in shell form | |
| JP5198033B2 (en) | Method for making a composite test blade | |
| CN106316082B (en) | Method for producing quartz glass substrate tube | |
| Wendt et al. | Preliminary design and analysis of tensile test samples developed by Additive Manufacturing | |
| JP2008540321A (en) | Method for producing a quartz glass tube by stretching a hollow cylinder of quartz glass | |
| CN102941676A (en) | Winding forming method for double-layer composite material of rotator | |
| JP2015027937A (en) | Method of drawing glass base material | |
| JP2008280237A (en) | Device and method for manufacturing optical preform | |
| CN101519795A (en) | Crucible holding member and method for producing the same | |
| RU2014144147A (en) | METHOD FOR PROCESSING SILICON CARBIDE THREADS | |
| CN105544086A (en) | Making method of polyglycolic acid suture | |
| RU2570068C1 (en) | Method for manufacturing articles of carbon-silicon carbide composite material with variable content of silicon carbide | |
| KR20130098045A (en) | Method of preparing polyvinylidene fluoride hollow fiber membrane | |
| WO2022164264A3 (en) | Method for forming microwire on object using micropipette | |
| CA2125911C (en) | Method for processing waste material in the form of filter rods, filter cigarettes and the like | |
| JPS5992940A (en) | Production of optical fiber having pore | |
| RU2783134C2 (en) | Methods for formation of thick-wall multilayer shells of cylindrical or conical shape with low conicity angle on circular weaving machine | |
| RU2747636C1 (en) | Long-sized small diameter thin-walled pipe from carbon-carbon composite material and method of its production | |
| US2507300A (en) | Production of glass and other thermoplastic tubes | |
| Pastre et al. | Long length/small core step-index silicon core fiber fabricated by improved powder-in-tube process |