Способ обработки волокон из углерода Советский патент 1976 года по МПК B22D19/02 

(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОЛОКОН ИЗ УГЛЕРОДА

1

Изобретение относится к технологии производства литых материалов из тугоплавких металлов и касается армирования чистых тугоплавких металлов углеродными волокнами.

Известен способ получения композиционного материала на основе легкоплавких металлов и углеродных волокон заключающийся в том, что подлежащее пропитке тело, представляющее собой каркас из волокнисто го материала, размещают в камере над зеркалом расплавленного металла матрицы, создают в камере вакуум, не снимая вакуума, погружают тело в расплав и повышают в камере давления, производя пропитку Cl .

Однако этот способ не применим для тугоплавких металлов, поскольку он не позволяет получить композиционный материал достаточной прочности из-за растворения углеродных волокон в расплавленных тугоплавких металлах.

Известен также способ получения композиционного материала, при котором для армирования используют углеродные волокна, покрытые монокарбидами титана, ванадия,

гафния, тантала, циркония, ниобия или хрома 2 .

Покрытие на волокнах толщиной не более 5ООА получают осаждением из газовой фазы в результате реагирования галогенида металла с углеродом. В качестве металлаосновы используют сплав свинец-олово, мед алюминий или магний.

Однако этот способ не может быть использован для армирования тугоплавких металлов, поскольку углеродные волокна с покрытием из указанных монокарбидов взаимодействуют с металлической матрицей, превращаясь в карбидные, и свойства армированного материала невысокие.

Цель изобретения - повысить прочностные свойства материала.

Для этого предлагается способ, по которому в качестве защитного покрытия на волокнах из углерода используют пироуглерод.

Способ осуществляется следующим образом: углеродные волокна, полученные пиролизом органических волокон - вискозных или полиакрилонитрильных - наматывают ка графитовую оправку, представляющую собой пластину , цилиндр и т.д., под углом от О до 90°к оси оправки либо укладывают в определенном порядке, заполняя любой объем связывают пироуглеродом при термическом разложении углеводородов - метана, бензола, пропана и др. - в вакууме не ниже 1x10 мм рт. ,ст. при температуре ЮОО-1100°с в течение 35О-40О час при этом на углеродных волокнах образуется слой пироуглерода толщиной 5-15 мк. Полученную таким образом пористую подь ложку отделяют от графитовой оправки и помещают в рабочее пространство вакуумной печи над зеркалом расплавленного тугоплавкого металла - Ti, ZP , Hf , Та, Nb, находящегося в тигле. Пропитку осуществляют погружением пористой подложки в тигель с расплавленным металлом. Кристаллизация металла между волокнами происходит после извлечения подложки из расплава вне тигля с металлом. На межфазной границе пироуглерод-металл при кристаллизации образуется слой карбидной фазы толщиной 1О-15 мк, который дополнительно защищает углеродное волокно от взаимодействия с металлической матрицей в течение длительного времени пр повышенных температурах. Тигель с расплавленным металлом исполь зуют многократно, дополняя его уровень тре буемым количеством металла. Пример. Углеродные воЛокна, уложенные в ряд на графитовую пластину, уплотняют пироуглеродом при термическом разложении метана в интервале температур 1О50 - 1100°С в течение 4ОО час, затем полученную таким образом пористую подложку пропитывают расплавленным титаном при температуре 180О° - 185041: в вакууме 1х1О мм рт.ст. Предел прочности при изгибе композиционного материала и модуль упругости при 2СРС равны соответственно 10О-1О4 кг/мм и /1О-11,5/10кг/мм . Формула изобретения Способ обработки волокон из углерода для армирования тугоплавких металлов при изготовлении композиционного материала, включающий нанесение на поверхность волокон слоя защитного покрытия, отличающийся тем, что, с целью повыщения прочности композиционного материала, в качестве защитного покрытия используют пироуглерод. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство СССР № 416155, В 22 Ц 19/02, 1971 г. 2,Патент Франции № 2121277, С 22 с 99/00, 1973 г.