Жаропрочные поликристаллические волокна

Процессы получения поликристаллических неорганических волокон могут предусматривать несколько технологических переделов.



Получение поликристаллических волокон оксида алюминия предусматривает следующие технологические переделы.

Исходный продукт - 50%-ный раствор формоацетата алюминия Al(OH) (CHO2) (C2H3O2) — приготавливают методом размешивания порошка формоацетата в воде, содержащей в качестве компонента 10%-ную винную кислоту. Полученный раствор нагревают до 47—77 °С и далее под вакуумом удаляют пары воды и винной кислоты. Затем раствор, вязкость которого не превышает 200—250 Па*с, под давлением подается в систему формообразования волокон (продавливают через фильеры диаметром 127 мкм с последующей принудительной сушкой волокна). Дальнейшая намотка волокна на барабан сопровождается вытягиванием и, следовательно, уменьшением диаметра волокна до 10-25 мкм. При последующей сушке волокна при 997 °С формируется модификация Y-Al2O3, которая при 1497 °С переходит в Ct-Al2O3 (корунд).



Борные волокна могут быть получены осаждением бора из газовой фазы на очищенную от загрязнений поверхность тонкой вольфрамовой проволоки диаметром -12 мкм. Процесс формирования поверхностного слоя бора на вольфрамовом керне может быть представлен реакцией



Температурный интервал рассматриваемого процесса находится в пределах 977—1315 °С. Превышение верхнего значения температуры процесса (более 1315 °С) сопровождается ростом крупных кристаллитов бора на поверхности волокна и, как следствие, снижением его прочности до 2800 МПа.

Прочность борного волокна при продолжительном отжиге в вакууме при температуре 497 °С в течение 1000 ч не уменьшается. Однако нагрев борного волокна на воздухе сопровождается образованием на его поверхности пленки борного ангидрида B2O3, толщина слоя которого может достигать 10 мкм и более. Образующиеся при этом трещины под слоем B2O3 приводят к значительному снижению прочности борного волокна вплоть до его разрушения при малых деформациях.



Волокна карбида кремния характеризуются достаточной жаропрочностью и жаростойкостью и поэтому могут рассматриваться как весьма перспективные армирующие материалы при разработке сверхвысокотемпературных композиционных материалов. Принципиальная технологическая схема и техническое обеспечение получения карбидкремниевых волокон во многом совпадает с производством борных волокон. Однако есть и отличие, заключающееся в более сложной дозировке и транспортировке парогазовой фазы при получении карбидкремниевых волокон. Парогазовая фаза, осаждаемая на подложку при 1077—1197 °С состоит из смеси метилтрихлорсилана CH3SiCl3, аргона и водорода. Осаждение SiC на поверхности вольфрамовой нити протекает по реакции



Соотношение компонентов парогазовой фазы подбирается в зависимости от конечного диаметра получаемого волокна и диаметра вольфрамовой нити, на поверхности которой формируется покрытие SiC.



Карбид кремния применяют в производстве волокон Borsic, основу которого представляет борное волокно, на поверхности которого формируют покрытие карбида кремния заданной толщины. Технология нанесения покрытия SiC на волокна бора аналогична технологии карбидкремниевого волокна. Целесообразность рассматриваемой технологической операции заключается в том, что при повышенных температурах в контакте с кислородсодержащей средой (воздух) на поверхности волокна образуется пленка борного ангидрида B2O3, что сопровождается падением прочности борного волокна

Наличие же на поверхности тонкой пленки SiC (Borsic) обеспечивает большую сохранность прочности волокна, находящегося в контакте с кислородсодержащими средами, поэтому борные волокна с покрытием карбида кремния могут быть рекомендованы для изготовления высокотемпературных и сверхвысокотемпературных композиционных материалов.

Анализ рассмотренных ранее свойств высокомодульных и высокопрочных волокон, их строение и термодинамическая стабильность в условиях контакта с матричными материалами позволяют сделать вывод о возможности применения таких волокон в качестве армирующих сред при создании сверхвысокотемпературных композиционных материалов различного назначения.