2020-07-12
196
Нанесение на неметаллические и металлические волокна очень тонких металлических покрытий может существенно улучшить свойства волокна и КМ на их основе.
Покрытия при этом могут выполнять следующие функции:
- защиту поверхности волокна от окисления и активного химического взаимодействия с поверхностью матрицы;
- защиту от воздействия тепла и высоких температур при изготовлении и эксплуатации деталей из КМ;
- повышение смачиваемости поверхности волокон (адгезии) при формировании композита;
- «залечивание» поверхностных микродефектов волокон.
Особенно целесообразно наносить покрытия на углеродные волокна в целях повышения их адгезии к матричным материалам и на борные волокна
в целях «залечивания» поверхностных дефектов волокон.
Наиболее эффективными являются металлические покрытия с хромом (Cr), молибденом (Mo), вольфрамом (W) и др., которые наносятся на углеродные волокна и ленты методом термического разложения легколетучих карбонилов перечисленных металлов при температурах 650…800°С.
|
|
|
Применяют также покрытия из карбида кремния, карбида титана, нитридов титана или циркония.
Значения прочности и модуля упругости углеродных волокон без покрытия и с защитными (барьерными) покрытиями приведены в табл. 2.8.
Таблица 2.8
Прочность и модуль упругости углеродных волокон
в зависимости от состава и толщины барьерных покрытий
| Материал покрытия | Толщина покрытия, мкм | Средняя прочность на базе 10 мм | Модуль упругости Е | |
|
| ГПа | |||
| 0,001 0,002 0,010 | 1,42/1,54 1,78/1,67 1,88/1,75 | 247/292 252/319 218/220 | ||
| SiC | ||||
| TiN | 0,029 0,035 | 1,73/2,26 1,15/1,45 | 244/ - 263/ - | |
| 0,055 0,004 0,061 | 1,77/1,36 1,10/1,32 1,10/0,97 | 215/257 -/- 268/281 | ||
| ZrN | ||||
Примечание. В числителе приведены значения для волокон без покрытий, в знаменателе – с покрытиями.
Оптимальная толщина металлических покрытий должна быть в пределах от нескольких десятых долей до нескольких микрон.
Например, исходная прочность углеродных волокон (2,2…3,2 ГПа) после пассивации (путем осаждения на их поверхность атомарного пироуглерода), отжига при 1000°С в течение 100 ч и нанесения никелевого покрытия толщиной 1 мкм возрастает до 8 ГПа (800 кгс/мм2). При этом среднеквадратическое отклонение прочности снижается от 0,60 до 0,28 ГПа, а коэффициент вариации – от 18 до 4%.
Технологическими и пластифицирующими покрытиями волокон бора, бора с покрытием из карбида кремния, а также карбидокремниевых волокон являются покрытия из алюминия и сплавов на его основе, наносимые протягиванием волокон через расплав. Эти покрытия существенно стабилизируют прочность перечисленных волокон.
