Спосіб виготовлення формованих профільованих виробів із вуглець-вуглецевих композиційних матеріалів

Спосіб виготовлення формованих профільованих виробів із вуглець-вуглецевих композиційних матеріалів, що включає формування заготівки шляхом нанесення вуглецевого волокнистого матеріалу, просоченого смолою, що полімеризується, обтиснення сформованої заготівки, карбонізацію заготівки, видалення засобів для обтиснення і термічну обробку заготівки при температурі, не меншій температури експлуатації виробу, який відрізняється тим, що заготівку не менше, ніж для двох виробів, формують на графітовій оправці по замкненому контуру, після обтиснення наносять дренажний шар, вакуумну оболонку, вакуумують і перед карбонізацією у безокислювальній атмосфері додатково полімеризують під тиском 0,5-10 атм, а після полімеризації разом з засобами для обтиснення знімають вакуумну оболонку та дренажний шар, термічну обробку заготівки проводять на графгговій оправці, після чого здійснюють піролітичне ущільнення з зовнішньої поверхні заготівки, вилучають графітову оправку, здійснюють пірол ітичне ущільнення з зовнішньої та з внутрішньої поверхонь заготівки і розрізають заготівку на вироби О Винахід відноситься до технології одержання вуглецевих виробів, а саме формованих профільованих виробів із вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу, які використовують у високотемпературній техніці, наприклад металурги, авіабудуванні, ракетобудуванні Найбільш близьким по технічній суті та досягаемому результату до винаходу, що заявляється, є спосіб виготовлення формованих виробів із вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу [див п РФ №2047588, М Кп 5 С04В35/52, від 14 05 92, опубл 10 11 95], що включає формування заготівки шляхом нанесення на оправку вуглецевого волокнистого матеріалу, просоченого смолою, що полімеризується, обтиснення сформованої заготівки, карбонізацію заготівки, видалення засобів для обтиснення і термічну обробку заготівки при температурі, не меншій температури експлуатації виробу У відомому способі заготівку виробу конкретної форми формують на металевій оправці Після обтиснення проводять карбонізацію при температурі 800 - 850°С, видаляють засоби для обтиснення та вилучають металеву оправку і проводять термічну обробку при температурі 800 - 1500°С ВІДОМІЙ спосіб не забезпечує можливості оде ржувати профільовані вироби з заданою точністю геометри, що приводить до високого виходу браку та високих матеріальних і енергетичних витрат Це обумовлюється тим, що на металевій оправці формують заготівку виробу конкретної форми Заготівку відразу піддають карбонізації, яку проводять при температурі 800 - 850°С При такій температурі смола не встигає полімеризуватися, а практично миттєво карбонізується, що приводить до високої пористості виробів При цьому знижується МІЦНІСТЬ матеріалу Профільовані вироби, якщо їх виготовляти таким способом, не здатні утримувати необхідну форму При повторній термічній обробці, наприклад кутового профілю, яку проводять без засобів для обтиснення та металевої оправки, кут між полицями профільованого виробу розкривається, що обумовлює високу КІЛЬКІСТЬ бракованих виробів Так само майже неможливо одержати профільовані вироби будь-якої іншої форми, У великій мірі вихід бракованих виробів обумовлений саме тим, що на оправці одразу формують заготівку тієї форми, яку повинен мати профільований виріб Крім того, при термічній обробці заготівки, сформованої на металевій оправці, відбувається нерівномірний нагрів композиційного матеріалу по його товщині, виникають (О 1 со ю 53726 локальні перегріви ділянок виробу, тому що метал - карбонізація без вакуумної оболонки, дрената вуглець-вуглецевий матеріал мають різні коежного шару та засобів для обтиснення у безокисфіцієнти теплопровідності, а отже нагріваються під лювальній атмосфері, час карбонізації з різними швидкостями Це при- термічна обробка заготівки на графітовій водить до одержання після карбонізації заготівок з оправці, неоднорідними структурою та ЩІЛЬНІСТЮ ЯКІСТЬ - піролітичне ущільнення з зовнішньої поверхні заготівки недостатня також із-за того, що метал заготівки, оправки при температурі 800 - 850°С реагує з вну- піролітичне ущільнення після вилучення гратрішньою поверхнею заготівки з утворенням карбіфітової оправки з зовнішньої та з внутрішньої подів металу, що негативно впливає на експлуатаверхонь заготівки, ційні властивості виробів, які призначені для - розрізання заготівки на вироби використання у високотемпературній техніці Усі ці У сукупності з відомими ознаками забезпечуфактори приводять до одержання великої КІЛЬКОСТІ ють можливість одержувати формовані профільобраку та високих матеріальних і енергетичних вивані вироби з заданою точністю геометри, за рахутрат нок чого підвищується якість виробів, виключається імовірність одержання браку, та В основу винаходу поставлено задачу удоскознижуються матеріальні і енергетичні витрати налення способу виготовлення формованих профільованих виробів із вуглець-вуглецевих компоФормування заготівки по замкненому контуру зиційних матеріалів, у якому шляхом уведення для виготовлення одночасно на одній оправці не нових операцій, нової їх ПОСЛІДОВНОСТІ та нових менше, ніж двох виробів, забезпечує одержання режимів їх виконання забезпечується можливість після проведення усіх операцій за винаходом виодержувати профільовані вироби з заданою точніробів з заданою геометрією профілю з високою стю геометри, за рахунок чого підвищується якість точністю Це відбувається завдяки таким фактовиробів та знижуються матеріальні і енергетичні рам При формуванні профільованого виробу на витрати графітовій оправці забезпечується рівномірний нагрів композиційного матеріалу по його товщині, Поставлена задача вирішується тим, що у тому що матеріал оправки і матеріал виробу маспособі виготовлення формованих профільованих ють однаковий коефіцієнт теплопровідності Завиробів із вуглець-вуглецевих композиційних мавдяки цьому заготівки не зазнають локальних петеріалів, що включає формування заготівки шлярегрівів ні при полімеризації, ні при карбонізації та хом нанесення на оправку вуглецевого волокнистермічній обробці, що дозволяє одержувати виротого матеріалу, просоченого смолою, що би з однорідною по усьому об'єму структурою На полімеризується, обтиснення сформованої заготідосягнення цієї мети спрямована і попередня повки, карбонізацію заготівки, віддалення засобів лімеризація, яку проводять після обтиснення загодля обтиснення і термічну обробку заготівки при тівки, нанесення дренажного шару та розміщення температурі, не меншій температури експлуатації одержаного пакету у вакуумній оболонці Під час виробу, ВІДПОВІДНО до винаходу, новим є те, що полімеризації із смоли виділяються леткі фракції, заготівку не менше, ніж для двох виробів, формуякі поглинаються дренажним шаром Завдяки цьоють на графітовій оправці по замкненому контуру, му виключається можливість окислення та забрупісля обтиснення наносять дренажний шар, вакуднення композиційного матеріалу, що сприяє одеумну оболонку, вакуумують і перед карбонізацією ржанню високоякісних виробів Після у безокислювальній атмосфері додатково полімевакуумування оболонки полімеризація під тиском ризують під тиском 0,5 - Юатм, а після полімери0,5 - Юатм відбувається повно та рівномірно по зації разом з засобами для обтиснення знімають усьому об'єму композиційного матеріалу, із якого вакуумну оболонку та дренажний шар, термічну сформована заготівка Завдяки тому, що полімеобробку заготівки проводять на графітовій оправці, ризація відбувається під тиском, композиційний після чого здійснюють піролітичне ущільнення з матеріал по мірі виділення газу рівномірно ущільзовнішньої поверхні заготівки, вилучають графітонюється і набуває однорідної структури Величину ву оправку, здійснюють піролітичне ущільнення з тиску у процесі полімеризації обрано експеримензовнішньої та з внутрішньої поверхонь заготівки і тальне у межах від 0,5 до Юатм, бо при цьому розрізають заготівку на вироби забезпечується можливість рівномірно ущільнюваПричинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ти композиційний матеріал і одержувати заготівку суттєвих ознак винаходу, що заявляється, та техз однорідною структурою та оптимальною ЩІЛЬНІСнічним результатом, що досягається, полягає у ТЮ, що важливо при проведенні подальших оператому, що уведення нових операцій, нова ПОСЛІДОВцій - карбонізації та термічної обробки, а також НІСТЬ їх виконання та нові режими їх виконання, а піролітичного ущільнення заготівки спочатку зовсаме нішньої поверхні, а потім з зовнішньої та внутрішньої поверхонь заготівки При полімеризації за- формування заготівки для одержання не меготівок під тиском меншим, ніж 0,5атм, не нше, ніж для двох виробів одночасно, забезпечується досягнення однорідної структури - формування заготівки на графітовій оправці композиційного матеріалу з оптимальною ЩІЛЬНІСпо замкненому контуру, ТЮ ПІСЛЯ полімеризації та карбонізації заготівки - нанесення після обтиснення дренажного шамають високу пористість, що завадить досягненню РУ, достатнього ступеня ущільнення виробів та при- розміщення одержаного пакету у вакуумній водить до одержання бракованих виробів і до виоболонці з подальшим м вакуумуванням, соких витрат електроенергії при проведенні піролі- додаткова полімерізація перед карбонізацією під тиском 0,5 - Юатм, 53726 Вуглецевий волокнистий матеріал попередньо просочений смолою, що полімеризується, наприклад фенол-формальдепдною смолою, а КІЛЬКІСТЬ шарів, які наносять на графітову оправку визначається товщиною формованого профільованого виробу, який виготовляють Вуглецевий волокнистий матеріал також покривають розділювальним шаром Далі розміщують засоби для обтиснення заготівки, якими можуть бути, наприклад, кутові профілі Після ЦЬОГО навкруги заготівки наносять дренажний шар Сформований пакет розмішують у вакуумній оболонці, виконаній із прогумованої тканини, або інших термостійких полімерних плівок Вакуумну оболонку герметизують та вакуумують і у такому вигляді уводять у піч, де відбувається полімеризація смоли під тиском Піч нагрівають до температури полімеризації, а величину тиску установлюють у межах від 0,5 до Юатм Після полімеризації знімають вакуумну оболонку, дренажний шар та засоби для обтиснення, знову розміщують заготівку на графітовій оправці у печі та проводять карбонізацію при температурі 800 900°С у безокислювальній атмосфері, наприклад у атмосфері азоту Після карбонізації заготівка має ЩІЛЬНІСТЬ 1,1 - 1,15г/см3 Далі проводять термічну обробку заготівки на графітовій оправці при температурі, не меншій температури експлуатації профільованого виробу, і разом з графітовою оправкою розміщують заготівку у вакуумній печі, де здійснюється піролітичне ущільнення з наружної поверхні заготівки Піролітичне ущільнення проводять шляхом осадження піролітичного вуглецю із метану при температурі 900 - 1000°С, Після того як МІЦНІСТЬ та ЩІЛЬНІСТЬ заготівки з наружної поверхні буде достатньою для того, щоб утримувати свою геометричну форму, заготівку знімають з графітової оправки і здійснюють піролітичне ущільнення тепер уже і з наружної і з внутПісля проведення усіх операцій за винаходом рішньої поверхонь заготівки Після досягнення одержують профільовані вироби, які утримують достатньої ЩІЛЬНОСТІ обох поверхонь заготівку свою геометричну форму при роботі у високотемрозрізають і одержують профільовані вироби непературних режимах При цьому практично виклюобхідної геометричної форми При виготовленні чена можливість одержання бракованих виробів, а швелерів заготівку, сформовану на графітовій витрати на їх виготовлення суттєво менші від виоправці, яка має форму паралелепіпеда, розрізатрат при виготовленні виробів за прототипом ють на дві частини, при виготовленні кутового Способом за винаходом можна виготовляти однопрофілю - на чотири частини Для виготовлення часно на одній графітовій оправці не менше ніж інших профільованих виробів використовують два вироби, таких як кутовий профіль, швелери, графітові оправки відповідної форми, яка забезпежолобообразні профільовані вироби та ІНШІ У зачить одержання таких виробів лежності від того, які саме вироби необхідно виготовити, заготівки формують по замкненому контуПрофільовані вироби, виготовлені способом ру на графітовій оправці тієї форми, яка за винаходом, здатні утримувати свою геометричзабезпечить одержання цих виробів При виготовну форму в умовах високотемпературної експлуаленні кутового профілю або швелерів використотації завдяки тому, що заготівку, сформовану по вують паралелепіпед, основою якого є квадрат замкненому контуру, піддають усім операціям, які або прямокутник Якщо необхідно одержати жоломожуть привести до порушення точності її геометбообразні профільовані вироби, то використовури, на графітовій оправці і цю оправку вилучають ють циліндр з кругом, овалом, чи іншою необхідтільки після того, як заготівка набуває такої ЩІЛЬною фігурою у основі КІЛЬКІСТЬ частин, на які НОСТІ, МІЦНОСТІ та жорсткості, коли вона вже сама розрізають заготівку, також залежить від того, якої спроможна утримувати свою форму, і тільки після форми профільовані вироби необхідно виготовити цього та після проведення піролітичного ущільСпосіб за винаходом здійснюють таким чином нення з наружної та внутрішньої поверхонь и розГрафітову оправку покривають розділювальрізають на вироби необхідної геометричної форним шаром целофану, на який викладають у декіми, Це забезпечує одержання виробів з заданою лька шарів вуглецевий волокнистий матеріал, наточністю геометрії приклад вуглецеву тканину "Етан", який утворює замкнений контур навколо графітової оправки тичного ущільнення При полімеризації заготівок під тиском більшим ніж Юатм, композиційний матеріал матиме дуже низьку пористість і при піролітичному ущільнені проникнення вуглеводневого газу, який при цьому використовують, у середину матеріалу буде утрудненим, що приведе до одержання виробів з недостатньою МІЦНІСТЮ Заготівки з однорідною структурою та оптимальною ЩІЛЬНІСТЮ ПІД час карбонізації та термічної обробки набувають рівномірної по усьому своєму об'єму МІЦНОСТІ та жорсткості Те, що карбонізацію проводять у безокислювальній атмосфері, запобігає забрудненню композиційного матеріалу і, таким чином, сприяє одержанню виробів високої якості із стабільними характеристиками, такими як МІЦНІСТЬ та жорсткість конструкції Термічну обробку при температурі, не меншій температури експлуатації виробів, проводять на графітовій оправці, щоб уникнути можливості деформування заготівки, доки вона ще не придбала достатніх для утримання форми МІЦНОСТІ та жорсткості Так само на графітовій оправці здійснюють з наружної поверхні заготівки, яка після проведення попередніх операцій має однорідну структуру та оптимальну ЩІЛЬНІСТЬ, піролітичне ущільнення Вуглеводневий газ за таких умов проникає у пори заготівки, вуглець осаджується у них і ущільнює та зміцнює заготівку до такої мірі, що вона здатна утримувати форму після того, як буде вилучена графітова оправка Подальше осадження піролітичного вуглецю, яке здійснюють на заготівку, зняту з графітової оправки, спрямоване на ущільнення та зміцнення як наружної, так і внутрішньої поверхонь заготівки Після заповнення піролітичним вуглецем пор та досягнення достатньої МІЦНОСТІ та жорсткості заготівки и розрізають уздовж не менш, ніж на дві частини і одержують необхідні профільовані вироби 53726 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24