Химическая энциклопедия

УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ , композиционные углеграфитовые материалы на основе углеродной матрицы и углеродных волокон. В качестве матрицы используют пироуглерод, коксовые остатки термореактивных смол, кам.-уг. или нефтяного пека, в качестве волокон-наполнителей - высокопрочные углеродные волокна - нити (непрерывные и рубленые), жгуты, ткани, пространств. конструкции из

волокна. У.-у. м. по сравнению с графитом характеризуются низкой плотностью (вследствие пористости материала), высокими уд. прочностью и жесткостью, сохраняющимися неограниченно долго в инертных и восстановит, средах при т-рах до 3000 ⁰C (при более высоких т-рах св-ва зависят от скорости сублимации углерода с пов-сти материала), а также пластич. характером разрушений.

Изделия из однонаправленно, перекрестно и хаотически армированных У .-у. м. получают карбонизацией соответствующих углепластиков при т-ре ок. 1000 ⁰C или уплотнением пористой углеродной матрицы с помощью повторяющихся процессов пропитки волокон термореактивными смолами с послед, карбонизацией. Изделия из пространственно армированных материалов получают формированием углеродной матрицы в объеме предварительно изготовленного волокнистого каркаса путем карбонизации термопластичных пеков под давлением или осаждением на каркас углерода, образующегося при пиролизе газообразных углеводородов. Во всех случаях избегают деформирования исходного каркаса, к-рый до сформирования углеродной матрицы не обладает конструкц. жесткостью. С учетом конкретных условий эксплуатации изделия на практике проводят сочетание разл. технол. приемов с высокотемпературной обработкой в инертной среде или вакууме, что позволяет изменять структуру материала и регулировать объем пор. Предельная т-ра обработки всегда выше т-ры эксплуатации получаемых изделий. Во избежание остаточных внутр. напряжений при конструировании и изготовлении деталей изделий используют термостойкую оснастку из графита; конструирование деталей и схем их армирования обычно проводят по высокотемпературной технологии.

Физ.-мех. и теплофиз. св-ва У.-у. м. (см. табл.) существенно зависят от т-ры обработки и вида армирования. Для однонаправленно армированных У.-у. м. с общей пористостью ~ 12% предельные значения s_раст, s_изг, s_сдв, и s_сж могут достигать соотв. 600, 1200, 25 и 800 МПа. Коэф. температуропроводности колеблется от 5,5·10^-3 м²/с (в плоскости армирования) до 3·10^-3 м²/с (в перпендикулярном направлении). Электропроводность, уд. теплоемкость такие же, как и у исходных углеродных материалов. В окислит, средах У.-у. м. разрушаются с выделением оксидов углерода (на воздухе - при т-ре больше 400 ⁰C, в водяном паре - больше 630 ⁰C); электрохим. окисление может идти и при комнатной т-ре, причем скорость окисления зависит от плотности тока и приложенной разности потенциалов.

СВОЙСТВА УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ*

		Армированные непрерывным волокном		Перекрестно армированные тканями	Пространственно армированные непрерывным волокном
	Показатель	однонаправленно	перекрестно		матрица из кокса кам.-уг. пека	матрица из пиро-углерода	матрица из кокса кам.-уг. пека**
	Объемная плотн., г/см3	1,40	1,42	1,35	1,96	1,76	1,96
	Истинная плотн., г/см3	1,69	1,69	1,47	2,15	2,12	2,20
	Пористость, %	12	10	10	3	12	3
	Сопротивление, МПа сжатию
	ось x	50	40	60	160	240	140
	ось z	400	200	100	180	220	275
	изгибу
	ось x	_	_	_	140	250	125
	ось z	800	110	130	160	230	140
	растяжению
	ось x	1,5	2,0	1,5	70	90	65
	ось z	500	100	60	130	40	120
	Модуль Юнга, ГПа	170	60	20	60	30	60
	Коэф. теплопроводности, Вт/(м·К)(З00 К)
	ось x	3,7	3,7	4,7	6,7	7	70
	ось z	60	34	14	90	5	80
	Температурный коэф. линейного расширения, 10-6K-1
	ось x	4,3	4,6	5,2	0,8	1,5	1,7
	ось z	0,4	0,6	2,2	0,8	1,5	1,6

* х, z - осн. оси армирования образца. ** Содержит дополнит, степень армирования.

У.-у. м.- конструкц. материалы для высокотемпературных узлов ракетной и авиац. техники, электротермич. оборудования.

Лит.: Термоустойчивость пластиков конструкционного назначения, под ред. Е.Б. Тростянской, M., 1980; Костиков В.И., "Ж. Всес. хим. об-ва им. Д. И. Менделеева", 1989, т. 34, в. 5, с. 492-501; Композиционные материалы, справочник под ред. В. В. Васильева, Ю. M. Тарнопольского, M., 1990. См. также лит . при ст. Композиционные материалы . С. А. Колесников.