Исследование термоокислительной деструкции материала на основе углеродных волокон
Авторы: Просунцов П.В., Баринов Д.Я., Богачев Е.А.
Опубликовано в выпуске: #7(91)/2019
DOI: 10.18698/2308-6033-2019-7-1899
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
Для разработки и проведения расчетов теплопереноса в теплозащитных материалах необходимо исследование механизмов деструкции материала. Для композиционного материала важно изучить поведение как материала в целом, так и каждой его составляющей. Работа посвящена исследованию термоокислительной деструкции высокопористого материала на основе рубленых углеродных волокон, который является преформой для создания перспективных углерод-керамических композиционных материалов. Исследование проводилось в окислительной среде воздуха с помощью синхронного термического анализа при варьировании исходной массы образцов и различных скоростях нагрева (5, 10, 20 К/мин). Были получены зависимости тепловых эффектов от температуры в материале и потери массы при деструкции для каждого образца. Установлено влияние изменяемых параметров на температуру начала деструкции материала и установившуюся скорость уноса. Показано, что деструкция материала происходит в поверхностном слое некоторой толщины. По результатам термогравиметрических исследований с различными скоростями нагрева разработана обобщенная кинетическая модель деструкции и определены кинетические характеристики разрушения.
Литература
[1] Мэттьюз Ф., Ролингс Р. Композитные материалы. Механика и технология. Москва, Техносфера, 2004, 408 с.
[2] Никитин П.В. Тепловая защита. Москва, Издательство МАИ, 2006, 512 с.
[3] Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. Москва, Энергия, 1976, 392 с.
[4] Bessire B.K., Minton T.K. Decomposition of Phenolic Impregnated Carbon Ablator (PICA) as a Function of Temperature and Heating Rate. ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, vol. 9 (25). DOI: 10.1021/acsami.7b03919
[5] Bessire B.K., Lahankar S., Minton T.K. Pyrolysis of Phenolic Impregnated Carbon Ablator (PICA). ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, vol. 7 (3). DOI: 10.1021/am507816f
[6] Johnson S.M. Thermal Protection Materials: Development, Characterization and Evaluation. NASA Ames Research Center. Munich, Germany September, 2012. URL: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120016878.pdf
[7] Минаков В.Т., Солнцев С.С. Керамоматричные композиты, 2006. URL: https://www.viam.ru/public/files/2006/2006-204643.pdf
[8] Евдокимов С.А., Солнцев С.С., Ермакова Г.В., Давлетчин Д.И. Высокотемпературное защитное покрытие для С–С композиционных материалов. Авиационные материалы и технологии, 2016, № 3 (42), c. 82–87. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-3-82-87
[9] Ярцев Д.В., Лахин А.В., Вольфкович Ю.М., Манухин А.В., Богачев Е.А., Тимофеев А.Н., Сосенкин В.Е., Никольская Н.Ф. Исследование пористой структуры монослойного углерод-керамического композиционного материала состава C–SiС. Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия, 2009, № 4, с. 36–40.
[10] Тимофеев А.Н., Богачев Е.А., Габов А.В., Абызов А.М., Смирнов Е.П., Персин М.И. Способ получения композиционного материала. Пат. РФ № 2130509 от 20.05.1999, приоритет от 26.01.1998.
[11] Богачев Е.А. Свойства конструкционного окислительно-стойкого композиционного материала с карбидокремниевой матрицей из газовой фазы монометилсилана для изделий авиакосмической техники. Материалы конференции «Высокотемпературные керамические композиционные материалы и защитные покрытия». Москва, ФГУП «ВИАМ». 11.12.2014.
[12] Зуев А.В., Лощинин Ю.В., Баринов Д.Я., Мараховский П.С. Расчетно-экспериментальные исследования теплофизических свойств. Авиационные материалы и технологии, 2017, № S, с. 575–595. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-575-595
[13] Просунцов П.В., Баринов Д.Я. Разработка математической модели прогрева и разрушения углерод-керамических композиционных материалов. Тепловые процессы в технике, 2017, т. 9, № 7, с. 311–318.
[14] Богачев Е.А., Елаков А.Б., Белоглазов А.П., Денисов Ю.А., Тимофеев А.Н. Способ изготовления пористого каркаса-основы композиционного материала. Пат. РФ № 2620810 от 29.05.2017.
[15] Богачев Е.А. Высокотемпературные конструкционные материалы с минимальной структурной ячейкой. Композиты и наноструктуры, 2017, т. 9, № 1, с. 12–23.
[16] ГОСТ 29127–91. Пластмассы. Термогравиметрический анализ полимеров. Метод сканирования по температуре. Москва, ИПК «Издательство стандартов», 2004.
[17] Антюфеева Н.В., Алексашин В.М., Столянков Ю.В. Определение степени отверждения ПКМ методами термического анализа. Авиационные материалы и технологии, 2015, № 3 (36), с. 79–83. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-3-79-83
[18] Мухаметов Р.Р., Петрова А.П., Пономаренко С.А., Ахмадиева К.Р., Павлюк Б.Ф. Влияние тканых волокнистых наполнителей различных типов на свойства отвержденного связующего ВС-2526К. Труды ВИАМ, 2018, № 3 (63), с. 28–36. DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-3-28-36
[19] Елисеев О.А., Наумов И.С., Смирнов Д.Н., Брык Я.А. Резины, герметики и огнетеплозащитные материалы. Авиационные материалы и технологии, 2017, № S, с. 437–451. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-437-451