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. Углерод-углеродные материалы 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 углерод-углеродных материалов 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 углерод-углеродных материалов (см. табл.) существенно зависят от т-ры обработки и вида армирования. Для однонаправленно армированных углерод-углеродных материалов с общей пористостью ~ 12% предельные значения sраст, sизг, sсдв, и sсж 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 углерод-углеродные материалы 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
Истинная плотн., г/см3
1,69
1,47
2,15
2,12
2,20
Пористость, %
12
10
3
Сопротивление, МПа сжатию
ось x
50
40
60
160
240
140
ось z
400
200
100
180
220
275
изгибу
_
250
125
800
110
130
230
растяжению
1,5
2,0
70
90
65
500
120
Модуль Юнга, ГПа
170
20
30
Коэф. теплопроводности, Вт/(м·К)(З00 К)
3,7
4,7
6,7
7
34
14
5
80
Температурный коэф. линейного расширения,
10-6K-1
4,3
4,6
5,2
0,8
1,7
0,4
0,6
2,2
1,6
* х, z - осн. оси армирования образца. ** Содержит дополнит, степень армирования.
Углерод-углеродные материалы- 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.