Композиты

[abl22]

За ссылки спасибо. Но они породили ещё вопросы:
- по технологии "Композита" что-нибудь реально изготовлено и каких размеров/массы?
- заявленная плотность более 2,0 говорит о том, что доля SiC в матрице достаточно велика (плотность чистого RCC  при максимальной пористости 10% редко превышает 1,8) - это должно снижать ударную вязкость и стойкость к тепловому удару?
- при какой толщине материала начинает заметно проявляться изменение соотношения С/SiC по нормали и, соответственно, пористости?
Я критически отношусь к "Композиту" и всему, что он делает по УУКМ. В свое время его вторжение в эту сферу привело к сворачиванию серийного производства тормозных дисков на МЭЗе и НЭЗе, выпускавшихся по технологии НИИГрафит (не шедевр, конечно).

[Salo]

http://wsrf2010.com/2010/wp-content/themes/WSRF/pdf2/12%20Jim%20Bonner.pdf

[Salo]

АниКей пишет:

Бродил по МАКСУ 19-го.
Фотографировал подряд, что нравится и что не нравится.
Фотоотчет без редактирования выложил здесь http://fotki.yandex.ru/users/videofotostudia/album/166733/

[Salo]

http://www.aviationweek.com/aw/generic/story_channel.jsp?channel=space&id=news/asd/2011/09/21/05.xml&headline=Boeing%20Will%20Test%20Composite%20Cryotanks%20For%20NASA

Boeing Will Test Composite Cryotanks For NASA

 Sep 21, 2011
 By Frank Morring, Jr.

Boeing will build two advanced composite cryotanks and test them with liquid hydrogen to see if they can improve the capability and cost of future launch vehicles.

Under a $24 million NASA contract, the company will continue an earlier design effort by building a 10-meter-dia. cryotank and testing it at Marshall Space Flight Center in Huntsville, Ala. NASA's goals, according to Space Technology Program Director Michael Gazarik, are savings of 30% on weight and 25% on cost compared to aluminum tanks.

If the Boeing technology works out, it could solve a problem that effectively killed NASA's X-33 reusable launch vehicle testbed. NASA canceled that program after spending almost $1 billion when a composite liquid hydrogen tank failed during loads testing at Marshall in November 1999.

A composite test tank filled with liquid hydrogen was able to handle simulated flight loads; but as it warmed, once the cryogenic fuel was drained out of it, the tank's outer face sheet and core separated from the inner face sheet.

The failure was later attributed to microcracks in the inner and outer composite skins, which allowed pressurized hydrogen and chilled nitrogen gas from the tank's safety containment to creep into the material and expand as it warmed.

For performance, the Boeing tank will use thin-ply composite materials already coupon-tested against microcracking.

"We use a thinner material than what we've used in the past. It's a pretty deep physics-based mechanism that allows us to control and/or theoretically eliminate microcracking, and therefore eliminate permeability," says John Vickers, manager of the National Center for Advanced Manufacturing at Marshall and project manager for the composite cryotank technologies and demonstration project. "It's more layers, but thinner, and so this physics-based phenomenon is about the thinner material. The microcracks occur in the resin layers between the fiber layers, and by making the layer thinner, [we are] thereby eliminating the microcracks."

For cost reduction, the tank uses the same type of polymer matrix composites that Boeing is using in its 787 structure.

But NASA is pushing beyond the manufacturing approach used in the 787 for deeper savings, using a technique NASA has worked with the Defense Advanced Research Projects Agency and others to advance.

"Boeing uses an autoclave to cure their materials" for the 787, Vickers says. "We're trying to use out-of-autoclave. That's an even further push. That is truly, truly game-changing and would have effects throughout the industry. It takes a huge amount of cost. Airbus reported recently that 30% of the energy cost they had in producing composite structures was because of the autoclave."

The weight and cost savings of the composite tankage could be attractive both in large launch vehicles and in orbiting fuel depots touted by the Augustine commission on the future of human spaceflight as an alternative to heavy-lift launchers.

NASA down-selected to Boeing based on Phase 1 work that also included ATK, Lockheed Martin and Northrop Grumman.

[Salo]

Разработка технологии нанесения структурированных многофункциональных покрытий для высоконагруженных деталей насосных агрегатов, изделий автоматики, работающих в агрессивных средах при значительных механических нагрузках. Шифр: ОКР «Нагрузка-ТМ»

2 Цель и задачи выполнения ОКР

2.2  Цель работы
Разработка  технологии нанесения принципиально новых многофункциональных структурированных композиционных покрытий, обладающих комплексом уникальных физико-механических свойств, с целью обеспечения надежности, длительной эксплуатации деталей насосных агрегатов, изделий автоматики, работающих в агрессивных средах при значительных механических нагрузках.

2.3 Задачи, решение которых обеспечивает достижение поставленных целей
   2.3.1 Проведение патентных исследований по технологиям нанесения структурированных покрытий в соответствии с  ГОСТ Р15.011-96.СРПП. «Патентные исследования. Содержание и порядок выполнения».
   2.3.2 Разработка технологических инструкций основ формирования структурированных покрытий:
   - композит «металл-диэлектрик» с аморфной структурой гранул и матриц;
   - аморфные металлические сплавы, упрочненные дисперсными карбидными и оксидными фазами.
2.3.3 Разработка технологических процессов нанесения структурированных композиционных покрытий:
   - композит «металл-диэлектрик» с аморфной структурой гранул и матриц;
- аморфный металлический сплав, упрочненный дисперсными карбидными и оксидными фазами.
2.3.4 Разработка КД и изготовление технологической оснастки для изготовления образцов-свидетелей.
2.3.5 Изготовление образцов-свидетелей с нанесением структурированных покрытий
2.3.6 Опытно-технологическая отработка технологических процессов нанесения структурированных покрытий.
2.3.7 Проведение испытаний. образцов-свидетелей.
2.3.8 Анализ влияния технологических параметров процесса нанесения покрытий на структуру, толщину, плотность композиционных покрытий.
2.3.9 Проведение испытаний образцов-свидетелей на термостойкость, жаростойкость, твердость, коррозионную стойкость композиционных покрытий.
    2.3.10 Корректировка техпроцессов с присвоением литеры «О».
   2.3.11 Изготовление опытных образцов деталей насосных агрегатов  с нанесенным структурированным покрытием «металл-диэлектрик» с аморфной структурой гранул и матриц и  аморфного металлического сплава, упрочненного дисперсными карбидными и оксидными фазами.
2.3.12 Разработка программы и методики испытаний.
2.3.13 Проведение испытаний опытных образцов в натурных условиях.
2.3.14 Анализ влияния натурных условий эксплуатации на механические свойства, коррозионную стойкость опытных образцов деталей.
2.3.15 Проведение приёмочных испытаний.
2.3.16 Корректировка технологических процессов с присвоением литеры «О1».

3. Тактико-технические требования

3.1 Состав изделия

Опытные образцы деталей насосных агрегатов (крыльчатки, втулки и т.д.) с нанесенным структурированным покрытием «металл-диэлектрик» с аморфной структурой гранул и матриц и  аморфного металлического сплава, упрочненного дисперсными карбидными и оксидными фазами на образцы деталей.
Технологические процессы изготовления деталей насосных агрегатов с нанесенным структурированным покрытием «металл-диэлектрик» с аморфной структурой гранул и матриц и  аморфного металлического сплава, упрочненного дисперсными карбидными и оксидными фазами на образцы деталей.
Технологические процессы  с литерой «О1».
3.2 Требования назначения
Детали насосных агрегатов с нанесенным структурированным покрытием должны иметь следующие характеристики:
   • размерный коэффициент износа - не более 10 -6 мм3/Н. м;
   • температура, при которой структурированное покрытие не меняет своих свойств – не менее 800 °С;
   • толщина покрытия -  10-20 мкм;
   • жаростойкость покрытий  - не менее 1200°С.
   • твердость износостойких покрытий по Виккерсу -  1000-1500 кгс/мм2;
   • диапазон перепада рабочих температур работоспособности деталей с покрытием -  + 350 °С.[/size]

[Salo]

«Разработка технологии изготовления узлов корпусов твердотопливных ракетных двигателей и поворотных элементов антенных устройств из полимерных композиционных материалов для космических аппаратов. Разработка технологии создания узлов из конструкционных «интеллектуальных» полимерных композиционных материалов, способных обеспечивать не только заданную работоспособность конструкций, но и адаптироваться к изменениям внешнего воздействия и контролируемым образом реагировать на эти изменения». Шифр: ОКР «Смарт-ПК»

2   Цель выполнения ОКР
2.1 Цель ОКР
Целью работы является разработка технологии внедрения структурных элементов (пьезоэлектриков, волоконно-оптических датчиков, сплава с памятью формы) в полимерный композиционный материал для обеспечения им «интеллектуальных» (информационных и исполнительных) функций в узлах корпусов твердотопливных ракетных двигателей и пово-ротных элементов антенных устройств.

2.2  Задачи ОКР
   2.2.1 Проведение патентных исследований в соответствии   ГОСТ Р 15.011-96 СРПП. «Патентные исследования. Содержание и порядок выполнения». Разработка математических моделей и программ  для ЭВМ для исследования механического поведения элементов изде-лий.
2.2.2 Разработка технологии изготовления «интеллектуального» полимерного компози-ционного материала. Отработка технологических параметров (давление, натяжение). Изго-товление образцов (оболочки, пластины). Отработка способов внедрения структурных эле-ментов (пьезоэлектриков, волоконно-оптических датчиков, сплава с памятью формы) в слои композиционного материала. Изготовление образцов. Проведение испытаний по определе-нию информационных и исполнительных функций внедренных структурных элементов. Вы-пуск технологической инструкции.
2.2.3 Разработка технологического процесса изготовления узлов корпусов твердотоп-ливных ракетных двигателей и поворотных элементов антенных устройств из конструкцион-ных «интеллектуальных» полимерных композиционных материалов. Изготовление опытных образцов. Разработка программы испытаний опытных образцов. Проведение испытаний. Проведение расчетов по определению напряжений, деформаций, образующихся в компози-ционном материале в результате воздействия пьезоэлектрика  и волоконно-оптического дат-чика. Анализ полученных результатов. Разработка РКД с литерой «О» на конструкционный «интеллектуальный» полимерный композиционный материал.
2.2.4 Корректировка и выпуск технологического процесса  изготовления узлов корпу-сов твердотопливных ракетных двигателей и поворотных элементов антенных устройств из конструкционных «интеллектуальных» полимерных композиционных материалов.
2.2.5 Проведение приемочных испытаний. Корректировка документации по результа-там испытаний. Выпуск РКД с литерой «О1» на конструкционный «интеллектуальный» по-лимерный композиционный материал.


3   Требования к выполнению работ
3.1   Состав НТП
- технология включения структурных элементов в композиционный материал узлов, корпусов твердотопливных ракетных двигателей и поворотных элементов антенных уст-ройств космических аппаратов;
- математические модели по определению деформации и напряжений в « интеллекту-альном» композиционном материале;
-технологический процесс изготовления узлов корпусов твердотопливных ракетных двигателей и поворотных элементов антенных устройств из конструкционных «интеллекту-альных» полимерных композиционных материалов;
- опытные образцы узлов корпуса РДТТ (3 оболочки) с информационными функциями (на основе волоконно-оптических датчиков, сплава с памятью формы);
- опытные образцы поворотных элементов антенных устройств (5 пластин) с исполни-тельными функциями (на основе пьезоэлектриков).

3.2 Требования по  назначению
3.2.1  Конструкционный «интеллектуальный» полимерный композиционный материал для  изготовления узлов корпусов твердотопливных ракетных двигателей и поворотных эле-ментов антенных устройств  должен иметь следующие характеристики:
- точность измерения деформации  .........=<10-3;      
- точность измерения температуры, °С .........<1;  
- снижения уровня механических колебаний, dB ... до20-30.[/size]

[Salo]

«Разработка технологии изготовления трехмерных цельнотканых оболочек из углеродных волокон для корпусов ракет–носителей» Шифр: ОКР «Ткань-3Д»

2.1 Цель ОКР

Целью работы является разработка промышленной технологии изготовления трехмерных цельнотканых оболочек из углеродных волокон нового поколения с улучшенными свойствами отечественного производства для насадков радиационного охлаждения и теплозащитных поверхностей корпусов ракет-носителей с целью повышения эксплуатационных характеристик.

 2.2 Задачи ОКР

 2.2.1 Проведение патентных исследований по способам изготовления трехмерных цельнотканых оболочек из углеродных волокон в соответствии с ГОСТ Р.15.011-96 СРПП «Патентные исследования. Содержание и порядок проведения».
2.2.2 Разработка технологии изготовления трехмерных цельнотканых оболочек (каркасов) из существующих нитей УКН отечественного производства. Изготовление образцов материалов для ТЗП и НРО. Проведение испытаний. Выпуск технологических инструкций. Разработка исходных данных на углеродные высокопрочные нити нового поколения с улучшенными физико-механическими и текстильными свойствами.
2.2.3 Разработка технологии изготовления углеродных нитей нового поколения с улучшенными физико-механическими и текстильными свойствами. Изготовление образцов углеродных нитей. Проведение испытаний. Выпуск технологических инструкций.
2.2.4 Разработка технологического процесса изготовления углеродных нитей нового поколения с улучшенными физико-механическими и текстильными свойствами. Разработка рекомендаций по аппретированию и шлихтованию нитей. Изготовление опытной партии. Проведение испытаний. Разработка ТУ на нити нового поколения.
2.2.5. Разработка технологического процесса изготовления трехмерных цельнотканых оболочек (каркасов) на основе углеродных нитей нового поколения. Изготовление опытных об-разцов.
 2.2.6 Разработка РКД. Разработка технологических процессов изготовления углепластиковых материалов для ТЗП и УУКМ для НРО на основе трехмерных цельнотканых оболочек (каркасов). Изготовление опытных образцов. Проведение испытаний. Присвоение РКД литеры «О».
 2.2.7 Проведение приемочных испытаний. Корректировка РКД по результатам испытаний. Присвоение литеры «О1».

   3 Требования к выполнению работ

3.1   Состав НТП

- технологический процесс изготовления углеродных нитей нового поколения;
- технологический процесс изготовления трехмерных цельнотканых оболочек (каркасов) на основе углеродных волокон нового поколения;
- технологические процессы изготовления углепластиковых материалов для ТЗП и УУКМ для НРО на основе трехмерных цельнотканых оболочек (каркасов);
- опытная партия углеродных нитей нового поколения;
- опытные образцы ТЗП и НРО на основе трехмерных цельнотканых оболочек (каркасов);
- РКД с литерой «О1».

3.2. Требования назначения

3.2.1. Углеродные нити нового поколения должны обладать следующими свойствами:

- линейная плотность, текс   200-1200
- число филаментов    3000-12000
- номинальная плотность нити, текс    195-580
- удельная разрывная нагрузка при разрыве петлёй, сН/текс    
 не менее 20,0
- удлинение при разрыве, в    не менее 0,8
- массовая доля аппрета, в     2,0-5,0
- количество кручений     50-60

- прочностные характеристики филамента нити, ГПа:
Ср не менее 4,0
Ер 180-250

- массовая доля углерода, в %     97,0-98,0
- диаметр филаментов, мкм     5,5-6,0
- температура обработки волокна, оС     не менее 1800
- удельная разрывная нагрузка нити, сН/текс    не менее 65,0
- плотность, г/см3     1,72-1,75
- поверхностная обработка волокна     ЭХО

 3.2.2 Композиционные материалы для изготовления деталей корпусов ракет-носителей должны иметь следующие характеристики:

 - углерод-углеродные (УУКМ) материал-детали (оболочки) для НРО:
 открытая пористость, % ............................ не более 12;
 плотность объемная, г/см3 .......................... не менее 1,55;
 предел прочности при растяжении
 в направлении образующей, МПа ................. не менее 120;
 предел прочности при сжатии
 в кольцевом направлении, МПа ................... не менее 170;
 среднетемпературный коэффициент
 линейного термического расширения
 вдоль образующей, в диапазоне
 температур (20 – 2000)

[Salo]

Из книги "РККЭ: Первое десятилетие XXI века", стр.260-265:

[Salo]

http://www.makeyev.ru/gazeta/7-2012.zip

[Lanista]

Кроме этих у нас никого нет больше?
http://www.compozit.su/

[Михаил Яковлевич Ковалёв]

Кроме этих у нас никого нет больше?
http://www.compozit.su/

Если я правильно понял, все эти композиты , кроме прелестей дороговизны, ещё и одноразового применения? Меня заинтересовала "зелёная экзотика" на форуме... Нужного эффекта нельзя добиться каким -то одним чудодейственным  препаратом. Сложные по составу - это органические, но варить с их помощью , это почти то же самое, что варить колдовское зелье... Наугад не получится.
Не выпал ли из поля зрения один "чудодейственный материал"? Имею в виду мореный дуб. Древесина его приобретает в этом процессе необычайную прочность. Правда он тяжеловат, но это  относительное понятие. А каковы другие свойства? Да и морить его можно в специально подобранной среде, а не просто в речной или болотной воде. Будет сгорать, так пусть сгорает на здоровье, он вообще должен выдержать несколько секунд или минут. И дорогой  композит тоже выбрасывают вон...

[Alexandr_A]

Кроме этих у нас никого нет больше?
http://www.compozit.su/

Это совсем не то или то, но не совсем. Короче у них продукция это дешевое сырье и массовый продукт из нее. А надо такую технологию, что бы при 4к градусов и немалом давлении испечь изделие C-SiC которое потом не потрескается при резких перепадах температур. Еще нужны хитроумные станки для намотки(вышивания) больших и малых изделий сложной формы. Технологии соединения не соединяемого и сварки не свариваемого. Ну и конечно качественные нити из таких тугоплавких материалов как SiC.

[Salo]

http://www.technologiya.ru/SitePages/rus/directions/composites.aspx

[Salo]

http://kompozit-mv.ru/index.php/ru/

[Salo]

http://www.avangard-plastik.ru/?idc=5

[Mark]

Век умных материалов. [/size]10 сен 2012 г.

Академик Евгений Каблов знает, что будет с материалами в ближайшие двадцать лет, и предлагает поделиться своим знанием с чиновниками и экономистами

Мы ставим перед собой цель обеспечить разработку и серийное производство самолетов целиком и полностью на основе отечественных материалов, отвечающих мировому уровню развития материаловедения. Если для гражданской техники могут быть исключения (хотя отдавать иностранцам такую отрасль производства и такие квалифицированные рабочие места и добавленную стоимость всегда неразумно), то для военной авиации это условие должно выполняться неукоснительно. Мы, в частности, планируем, что к 2020 году появится возможность использовать в конструкциях металлические материалы с памятью формы, а в 2030 году им на смену придут уже интеллектуальные материалы.

А интеллектуальные материалы могут контролируемым образом изменять свои свойства в ответ на изменения окружающей среды, информировать о том, в каком состоянии находится конструкция, каковы предельно допустимые деформации, каким образом изменить поверхность, форму материала, чтобы обеспечить минимальный уровень напряжения. Наконец, это материалы, которые обладают способностью в зависимости от условий эксплуатации менять пространственное расположение конструкции.

— То есть материал конструкции подстраивается под условия эксплуатации?

— Да, сам подстраивается. Почему птицы никогда не срываются в штопор? Потому что у них так работают крылья и перья, что в любой момент создается наиболее благоприятный угол обтекания и необходимая оптимальная площадь поверхности. Наша задача создать такие материалы, которые за счет изменения состояния несущих поверхностей летательного аппарата обеспечат его устойчивость. Поверхность должна быть активной и противодействовать внешним воздействиям. Это сейчас главное направление всех работ в области создания новых конструкций летательных аппаратов.

Одно из основных направлений развития, которое приблизит создание таких андроидных конструкций, — разработка интеллектуальных полимерных композиционных материалов (ПКМ) второго поколения с функциями адаптации к аэродинамическим и другим нагрузкам со встроенными сенсорами, а также ПКМ третьего поколения с изменяемой геометрией поверхности за счет введения элементов с памятью формы.

Благодаря применению интеллектуальных материалов второго поколения наша конструкция получает центральную нервную систему, способную чувствовать ее состояние, сигнализировать о проблемах, давать команды органам управления, а использование материалов третьего поколения обеспечит конструкцию мышечной системой.

Показательна работа по созданию керамического конструкционного композиционного материала SiC-SiC, который характеризуется сверхвысокой стойкостью при термоциклических нагрузках в продуктах сгорания топлива и обладает эффектом самозалечивания микродефектов и восстановления до 100 процентов исходных механических характеристик. Без этого материала невозможно создать новые конструкции в области гиперзвука, в области увеличения тяги двигателя.

Во всем мире процесс его получения состоит в следующем: из волокна карбида кремния формируется матрица композита, на которую различными методами, например осаждением из газовой фазы, наносится в качестве основы тот же карбид кремния. У нас в стране нет производства непрерывного волокна карбида кремния. Нам удалось обойти эту проблему за счет применения результатов фундаментальных исследований, выполненных совместно с Институтом общей и неорганической химии РАН и Химико-технологическим университетом имени Менделеева. Была разработана технология, позволяющая создать в заготовке из спеченного порошка карбида кремния матрицу с заданным распределением пор размерами около 50 микрометров, в которых за счет применения золь-гель технологии образуются нитевидные наноразмерные «усы» карбида кремния. В результате мы получили керамический конструкционный композиционный материал с высокой термостойкостью. Изготовленная керамика выдерживает до 10 тысяч циклов нагрева и охлаждения от 600 до 1600 градусов в течение 60 секунд.

http://pr.bmstu.ru/?p=15923

[Alexandr_A]

У нас в стране нет производства непрерывного волокна карбида кремния.

Понятно, значит импортное закупают. Об этом я и говорил.  

Может быть, когда-нибудь получится тянуть волокна не из карбида кремния, а из сплава карбида гафния и карбида тантала. У него рекордная термостойкость (т. пл. 4216 °C). А для оболочек ТВЭЛ-ов, вариант того же сплава, с гафнием 180 вместо природного.
http://protown.ru/information/hide/5558.html

[Uriy]

У нас в стране нет производства непрерывного волокна карбида кремния.

Понятно, значит импортное закупают. Об этом я и говорил.  

Может быть, когда-нибудь получится тянуть волокна не из карбида кремния, а из сплава карбида гафния и карбида тантала. У него рекордная термостойкость (т. пл. 4216 °C). А для оболочек ТВЭЛ-ов, вариант того же сплава, с гафнием 180 вместо природного.
http://protown.ru/information/hide/5558.html

   Вырастить усы-дорогое удовольствие. Я даже не знаю где это
делают зарубежом. Мелкую серию делать-дороже золота.

[Наперстянка]

Вроде спекать углерод с молибденом и напылять иридий умеют уже давно,а уж извлекать легкий изотоп,и подавно.- Не видно проблем.

[Alexandr_A]

Проблема в том, что дешевле купить готовое заграницей. Стоимость карбидкремниевого волокна (непрерывного) 100-300 $ за кг, а технология производства примерно как наша золь-гель. Только она у них запатентована во всех видах. Тугоплавкие волокна выдавливают через фильеры не из расплава, а ввиде химического раствора или суспензии, потом обжигают.
В России поизводят Al2O3 волокно, тоже довольно тугоплавкое.