Композиционный материал
Патент 2193539
Авторы
Классы МПК
- C03C14 - Составы, содержащие нестеклянный компонент, например составы, содержащие нити, волокна, пластинки, спиральные пружины или аналогичные им элементы, диспергированные в основе из стекла (составы шихты для изготовления стекла C03C 6/00; кристаллизуемая стеклокерамика C03C 10/00)
- C04B35/80 - волокна, нити, пластинки, спиральные пружины или подобные им формованные материалы
Композиционный материал
Реферат
Изобретение относится к авиационной, космической технике, электротехнике, автомобиле- и приборостроению, а именно к композиционным материалам на основе стекломатриц, армированных непрерывными углеродными наполнителями. Предложенный композиционный материал включает стекломатрицу 60-66 мас.%, содержащую SiO2, В2О3, а в качестве армирующего углеродного наполнителя, в количестве 34-40 мас.%, используют высокопрочный углеродный жгут на основе полиакрилнитрила, при этом стекломатрица дополнительно содержит SiOC, при следующем соотношении компонентов матрицы, мас.%: SiO2 58,9-69,3; В2О3 13,5-15; SiOC 15,7-27,6. Изобретение позволяет улучшить фазовую термостабильность и увеличить уровень разрушающего напряжения при изгибе при увеличении уровня рабочих температур выше 500oС. Предложенный композиционный материал содержит экологически-, пожаро- и взрывобезопасные компоненты. 1 з. п.ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к авиационной, космической технике, электротехнике, автомобиле- и приборостроению, а именно к композиционным материалам на основе стекломатриц, армированных непрерывными углеродными наполнителями.
Известен композиционный материал [1], имеющий химический состав, мас.%: Стекло "Пирекс" - 45,0-80,2 Углеродное волокно - 19,8-55,0 при следующем соотношении компонентов стекломатрицы [2], мас.%: SiO2 - 79,93 B2O3 - 12,12 Аl2O3 - 1,93 МgO - 0,17 СаO - 0,43 Nа2O - 3,68 K2O - 1,74 Недостатком этого материала является комплексное ухудшение прочности при воздействии повышенных температур в окислительной среде из-за интенсивного окисления углеродных волокон. Наиболее близким аналогом, взятым за прототип [3], является композиционный материал химического состава, мас.%: Стекломатрица - 50-80 Углеродное волокно - 20-50 при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас.%: SiO2 - 90 B2O3 - 9,6 Аl2O3 - 0,4 Недостатками указанного материала являются низкая фазовая термостабильность, вызванная кристаллизацией стекломатрицы такого типа, с образованием кристобалита как на стадии изготовления детали, так и во время ее эксплуатации при температурах выше 500oС, низкий уровень рабочих температур (до 700oС) и низкий уровень разрушающего напряжения при изгибе при температурах выше 500oС. Технической задачей изобретения является улучшение фазовой термостабильности и увеличение уровня разрушающего напряжения при изгибе, при увеличении уровня рабочих температур выше 700oС. Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен композиционный материал, включающий стекломатрицу, содержащую SiO2, B2O3 и армирующий высокопрочный углеродный жгут на основе полиакрилнитрила, а стекломатрица дополнительно содержит SiOС, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Стекломатрица - 60-66 Указанный жгут - 34-40 при следующем соотношении компонентов матрицы, мас.%: SiO2 - 58,9-69,3 B2O3 - 13,5-15 SiOС - 15,7-27,6 SiOС имеет состав, мас.%: О - 2-4,7 С - 27,3-30 Si - Остальное Авторами установлено, что содержание в стекломатрице оксикарбида кремния, при предлагаемом соотношение компонентов, позволит повысить температуру эксплуатации изделий из данного материала, приведет к улучшению фазовой термостабильности и увеличит уровень разрушающего напряжения при изгибе при увеличении рабочей температуры выше 700oС. Пример осуществления Дисперсные частицы стекломатрицы (SiO2, B2O3) с размерами 5-10 мкм смешивают в течение 2-4 ч с частицами оксикарбида кремния (размер частиц 10-20 мкм) в фарфоровых барабанах алундовыми шарами в среде золя диоксида кремния (содержание SiO2 до 25 мас.%), из расчета на 100 г сухой смеси 70-100 мл золя диоксида кремния. Полученным шликером матричного связующего пропитывают высокопрочные жгуты непрерывного углеродного армирующего наполнителя на основе полиакрилнитрила с их одновременной намоткой на барабан или выкладкой на формовочную плоскость в направлении 0o. Полученные полуфабрикаты нарезают, производят укладку слоев с заданной ориентацией и сушат при температуре 18-25oС до постоянной массы. Полученные заготовки укладывают в графитовые пресс-формы и подвергают горячему прессованию. В табл. 1 и 2 представлены соответственно 4 состава и свойства полученных образцов композиционного материала в сравнении с прототипом. Из табл. 2 следует, что предложенный композиционный материал позволяет улучшить фазовую термостабильность в 10-15 раз (устранить возникновение фазы кристобалита в стеклокерамической матрице), повысить уровень разрушающего напряжения при изгибе при увеличении рабочей температуры на 100oС (до 800oС). Предложенный композиционный материал содержит экологически-, пожаро- и взрывобезопасные компоненты. Источники информации 1. D.C. Phillips, R.A. Sambell, D.H. Bowen. The mechanical properties of carbon fiber reinforced Pyrex glass. // Journal of Materials Science 7 (1972). P.1454-1464. 2. Химическая технология стекла и ситаллов. /Под ред.Н.М. Павлушкина - М.: Стройиздат, 1983, с. 301. 3. Заявка DE 19504743 A1.Формула изобретения
1. Композиционный материал, включающий стекломатрицу, содержащую SiO2 и В2О3, и армирующий высокопрочный углеродный жгут, изготовленный на основе полиакрилнитрила, отличающийся тем, что стекломатрица дополнительно содержит SiOC, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Стекломатрица - 60-66 Углеродный жгут - 34-40 при следующем соотношении компонентов стекломатрицы, мас. %: SiO2 - 58,9-69,3 В2О3 - 13,5-15 SiOC - 15,7-27,6 2. Композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что SiOC имеет состав, мас. %: О - 2-4,7 С - 27,3-30 Si - ОстальноеРИСУНКИ
Рисунок 1