3.4. Технология изготовления волокнистых композиционных материалов

Технология формирования волокнистых КММ, армированных волокнами с невысокими механическими характеристиками включает процессы прессования, прокатки, совместной вытяжки, экструзии, сварки, напыления или осаждения, а также пропитки.

Горячим прессованием, т.е. прессованием с нагревом на воздухе или в контролируемой атмосфере, получают материалы с матрицами из порошков, фольги, лент, листов и других металлических полуфабрикатов. Этим методом изготовляют многослойные листы, ленты, стержни, профильные изделия и т.п. Методом прокатки из тех же полуфабрикатов формируют КММ, армированные проволокой. Процесс, осуществляемый при температурах Т = (0,7…0,9) Т_пл (где Т_пл  температура плавления матрицы), в отличие от прессования является полунепрерывным или непрерывным. Для предупреждения разрушения волокон применяют поперечную прокатку. Готовые изделия имеют вид лент, листов, балок.

Метод совместной вытяжки заключается в следующем. В заготовке из матричного металла высверливают отверстия, в которые вставляют армирующие прутки или проволоку. Нагрев и обжатие заготовки завершают волочением и отжигом.

Методом экструзии (с нагревом или без него) изготовляют КММ в виде прутков или труб. Исходным материалом для матрицы служат порошки, прутки, трубчатые заготовки.

Высокоскоростную сварку листовых КММ осуществляют из заготовок в виде чередующихся слоёв фольги и волокон с помощью машин диффузионной сварки с валками, выполненными из тугоплавкого металла. Достоинствами сварки взрывом являются возможность соединения компонентов, сварка которых обычными методами затруднена, а также технологичность получения крупногабаритных листовых изделий.

Методами напыления или электролитического осаждения матричного материала на армирующие волокна получают полуфабрикаты КММ, изделия из которых формируют путём уплотнения.

Пропитку заготовок из волокон металлическими расплавами осуществляют в вакууме или в контролируемой атмосфере. Применяют такую технологию для изготовления длинномерных изделий сложного профиля. Её разновидностью является протягивание волокон через матричный расплав с последующим оформлением профиля, например волочением через фильеру.

3.5. Технология изготовления керамических композиционных материалов

Керамические КМ состоят из керамической матрицы и металлических или неметаллических наполнителей. Их получают порошковой технологией (описанной ранее), гидростатическим, изостатическим и горячим прессованием, а также центробежным, шликерным и вакуумным литьём.

3.6. Технология изготовления углерод-углеродных композиционных материалов

Углерод-углеродные КМ состоят из углеродной матрицы и наполнителей в виде углеграфитовых волокон, жгутов, нитей, тканых материалов. Структура и свойства КМ зависят от способа их получения. Наибольшее распространение получили следующие два.

Первый способ включает в себя пропитку графитовых волокон смолой или пеками, намотку заготовки, её отверждение и механическую обработку на заданный размер, карбонизацию при 800…1500 С в неокислительной (например инертном газе) или нейтральной среде, уплотнение пиролитическим углеродом, графитизацию при 2500…3000 С и нанесение противоокислительных покрытий из карбидов кремния и циркония. Для получения материала высокой плотности цикл пропитка  отверждение  карбонизация многократно повторяют. Плотность КМ, полученного этим методом, составляет 1,3…2 т/м³. Свойства полученного при этом углерод-углеродного КМ зависят от многих факторов: вида исходного волокна и связующего, условий пропитки, степени наполнения матрицы, свойств кокса и прочности его связи с волокном, режимов отверждения, карбонизации, графитизации, многократности цикла пропитка  отверждение  карбонизация.

Второй способ получения углерод-углеродного КМ заключается в осаждении углерода из газовой среды, образующейся при термическом разложении углеводородов (например, метана), на волокнах каркаса заготовки (изделия) и заполнении пор между ними. Углерод образует соединительные мостики между волокнами. Метод осаждения из газовой среды более дорогой, но обеспечивает прочное сцепление волокон с матрицей, высокое содержание углерода в матрице и большую плотность всего КМ. Кроме того, он позволяет создать гибридные КМ с различной структурой благодаря многослойному осаждению углерода и других материалов (например, Zr, Ta, Cu), и также многонаправленному пространственному армированию. Этот метод позволяет получить КМ с различными свойствами, в том числе и с заданными.

Существуют также технологии, сочетающие эти два способа.