Волокна с металлическими и керамическими покрытиями

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.