Композитные волокна C/SiC со структурой "сердцевина– оболочка" как источник матричного материала при получении армированных углеродными волокнами керамоматричных композитов

Проект направлен на развитие инновационного подхода к получению керамоматричных композитов с матрицей на основе SiC, армированной непрерывными углеродными волокнами. Такие материалы обладают повышенным комплексом прочностных характеристик и на сегодняшний день считаются одними из наиболее перспективных материалов для жёстких условий эксплуатации, спектр применения которых довольно широк – от теплонагруженных элементов космических летательных аппаратов и ракетных двигателей до фрикционных дисков высокоскоростного железнодорожного транспорта. Несмотря на это, широкое внедрение армированных углеродными волокнами керамоматричных композитов в сферу практического использования сдерживается сложностью их изготовления, которая обусловлена необходимостью формировать однородную и полностью беспористую керамическую матрицу в условиях крайне ограниченного доступа матричного материала в пространство между армирующими волокнами. Основная идея предлагаемого в проекте подхода заключается в том, чтобы вместо углеродных волокон использовать специальным образом изготовленные композитные волокна C/SiC со структурой "сердцевина–оболочка". Такие волокна уже содержит все компоненты, необходимые для формирования керамоматричного композита: 1) углеродную сердцевину, выступающую в качестве волоконного армирующего наполнителя и имеющую типичные для углеродных волокон высокие прочностные и механические характеристики; 2) оболочку, образованную наноразмерными частицами SiC и служащую матричным материалом, максимально равномерно и плотно распределённым вдоль каждого армирующего элемента. По сути, в проекте впервые ставится задача использовать волоконные армирующие элементы как единственный источник матричного материала, для того чтобы сформировать из него методами спекания под давлением однородную беспористую керамическую матрицу на основе SiC, равномерно распределённую в массиве регулярно ориентированных углеродных волокон без необходимости внесения матричного материала в пространство между волокнами. Особое внимание в проекте будет уделено разработке методов внесения спекающих добавок в волоконные укладки и изучению влияния химической природы добавок на динамику уплотнения и формирование микроструктуры керамической матрицы в ходе спекания. Дополнительной задачей проекта является разработка технологии получения микроканальной керамики на основе SiC методом выжигания углеродных волокон из керамоматричного композита C/SiC.