Композиционные материалы и их использование в качестве конструкционных элементов, страница 7

Керамическая матрица придает композиту высокую теплостойкость. Боросиликатное стекло, армированное волокнами из карбида кремния, сохраняет прочность при 1000 ^о с. Такие матрицы, как карбид кремния, нитрид кремния, оксид алюминия и муллит (сложное соединение алюминия, кремния и кислорода), обеспечивают композитам работоспособность при еще более высоких температурах; в некоторых случаях эти температуры достигают 1700 ^о с. У многих композитов с ростом температуры увеличивается вязкость и в результате они упрочняются. Между кристаллическими зернами, из которых состоят в основном керамические материалы, имеются стеклообразные области, которые при высоких температурах размягчаются и начинают действовать как элементы, останавливающие рост трещин.

Теплостойкость композитов с керамической матрицей усложняет их производство. Керамические матрицы имеют широкое применение, но не все они могут быть расплавлены в процессе изготовления, поэтому неармированную керамику обычно производят, спрессовывая частицы керамического порошка при высоких температуре и давлении; этот процесс называют спеканием. Один из способов производства композита с керамической матрицей является простым видоизменением этого метода; короткие волокна или нитевидные кристаллы («усы») перед спеканием смешивают с керамическим порошком. Если армирование производят длинными волокнами или нитями, то их пропитывают взвесью керамического порошка в жидкости, а затем проводят спекание этих нитей. Матрицы из стекла допускают применение более традиционного способа изготовления композита, поскольку их можно размягчить. Композит можно сформи-

ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ, сопровождающих распространение трещины в ровать, спрессовав армирующие нити, пропитанные горячим вязким стеклом.

Существует композиционный материал, относящийся к композитам с керамической матрицей по характеру свойств, однако отличающийся от них по способу получения. Это композит, в котором и матрица, и армирующие волокна состоят из элементарного углерода. Армирующая часть углерод-углеродного композита находится в частично кристаллической форме графита, матричная же часть обычно аморфна. Углерод-углерод, ный композит сохраняет в значительной степени свою прочность при 2500 ^о с и используется в конических носовых частях летательных аппаракомпозите, сняты с помощью растрового электронного микроскопа в обраще композита, армированного короткими волокнами. В соответствии с микрофотографиями построена диаграмма (слева), представляющая этот процесс. Рост напряжения впереди растущей трещины может привести к перенапряжению и разрушению армирующего волокна (а), может вытолкнуть волокно из матрицы (Ь) или отслоить матрицу от волокна (с). При распространении между волокнами трещина вызывает деформацию и разрушение матрицы (ф. Фотографии представлены К. Фридрихом из Технического университета ГамбургГарбурга.

тов, рассчитанных на прохождение в плотных слоях атмосферы. В отличие от большинства композитов с керамической матрицей при высоких температурах этот материал подвержен окислению. Чтобы предохранить его от окисления, на его поверхность обычно наносят тонкий слой керамики.

Первые стадии производства углерод-углеродного композита аналогичны изготовлению композита с полимерной матрицей. Углеродные волокна пропитывают фенолформальдегидной смолой, т. е. термореактивной смолой. Затем соответствующим образом собранные пропитанные смолой волокна нагревают в инертной атмосфере. При этом происходит пиролиз смолы (обугливание, анало-