Ср 11 Ноя, 2009
Углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ) появились в 1958- начале 60-х и представляют собой графитовую или углеродную матрицу, упрочненную углеродными волокнами. В сравнении с графитами, УУКМ имеют более высокие прочностные характеристики, обладают высокой стойкостью к термоударам и рядом других преимуществ. В зависимости от структуры армирования различают одномерные (1D), двумерные (2D), 3 мерные (3D), четырехмерные (4D) и т.д. углерод-углеродные композиционные материалы. Существуют также углеродные композиты типа nD структур армирования, в которых армирующие волокна расположены хаотично. По некоторым данным, обьем мирового производства углерод-углеродных композиционных материалов сегодня составляет 230-450 т/год при стоимости материалов 2D структур армирования 190 — 2900 $/кг, 3D и 4D структур — 1100 — 3300 $/кг и более. По нашим данным обьем мирового производства УУКМ в несколько раз выше.
Примерно 81% всех углерод-углеродных композиционных материалов используется для производства тормозных дисков для самолетов, 18% — в ракетно-космической технике и только 1% — для всех остальных сфер применения. В то время как потребность в композитах для ракетно-космической техники постоянно снижается — обьем производства тормозных дисков для самолетов стабильно растет.
Большинство углерод-углеродных композиционных материалов изготавливаются по жидкофазным технологиям, сходным с технологиями производства промышленных графитов и только незначительная часть — по газофазным изотермическим, термоградиентным и комбинированным: жидко-газофазным технологиям. Основным недостатком жидкофазных и газофазных изотермических технологий является большая длительность технологического процесса — от 2 до 12 месяцев.
В случае жидкофазных методов большая длительность производственного процесса получения плотного углерод-углеродного композита обусловлена, прежде всего, необходимостью многократного повторения (до 6-8 раз) циклов пропитки исходной преформы на основе углеродных волокон смолами или пеком с дальнейшей карбонизацией или графитацией для образования углеродной или графитовой матрицы. Изотермические методы получения углерод-углеродных композитов очень длительны (~600 часов) и требуют как минимум 2-3 циклов уплотнения. После каждого цикла необходимо удалять плотную поверхностную корку, чтобы открыть транспортные поры для диффузии газа. Эти операции помимо увеличения длительности процесса изготовления ведут к бесполезному расходу материала, что существенно увеличивает стоимость УУКМ. Термоградиентные газофазные методы производства углерод-углеродных композитов лишены этих недостатков — они одностадийные и достаточно быстры.
Следует отметить, что в последние как минимум 30 лет исследования по разработке углерод-углеродных материалов и термоградиентных газофазных методов их получения во всем мире были отнесены к приоритетным направлениям, определяющим обороноспособность и основные направления научно-технического прогресса стран, обладающих этими технологиями. Изменения произошли лишь недавно, в связи с конверсией оборонных предприятий, в большинстве развитых стран, прежде всего России и США.