ства. Это позволяет получать большое разнообразие углеродных волокон, различающихся, в частности, по уровню своих механических характеристик [240].

В зависимости от конкретных требований выпускаются либо высокопрочные (2500—3000 МПа), либо высокомодульные, но с более низкой прочностью (около 2000 МПа) волокна. В последние годы получены углеродные волокна, имеющие одновременно высокие характеристики прочности и жесткости. Углеродные волокна выпускаются в различных текстильных формах: в виде нитей, жгутов, кордных лент и др.

При изготовлении КМ с металлической, например алюминиевой, матрицей для предотвращения химического взаимодействия и разупрочнения волокон, а также для улучшения смачиваемости на их поверхность наносят барьерные покрытия.

В работе [330] изучали смачиваемость графита алюминием, а также влияние на смачиваемость различных элементов, введенных в алюминий в количестве до 5 %. На рис. 62 показаны этапы смачивания между графитом

_ „ ^и алюминием в диапазоне 1173—-

Рис 62. 1 емпературная зависимостью-то v.,, „ „ „.„ „ . „

смачиваемости меаду графитом и137? К- Как видно, смачиваемость в

алюминием:этой паре вообще не наблюдалась пос-

/ — Т = 1373 К: 2 — Т = 1273 К; 3 — Ле ВЫДерЖКИ В Течение 60 МИН При

т = 1173 к.1173 к Однако при температуре выше

1273 К скорость смачивания возрастает, т. е. существует индукционный период на начальном этапе взаимодействия, когда смачивание графита алюминием не происходит. Измерения показали, что введение в алюминий элементе в подгруппы IVa (Hi или Ti) и Va (V, Ni и Та) значительно улучшает смачивание (рис. 63). Влияние элементов подгруппы Via (Mo и W) менее эффективно. Смачиваемость ухудшается в случае добавки Сг, что, по-видимому, связано с тем, что по сравнению с элементами подгруппы Vía хром имеет небольшое сродство с графитом. С другой стороны, смачиваемость возрастает за очень короткий промежуток времени при введении в алюминий Mg. Эго происходит вследствие уменьшения поверхностного натяжения, при этом константа скорости реакции смачивания не отличается от константы в случае чистого алюминия.

Анализируя полученные результаты, следует отметить, что во всех случаях на начальном этапе смачивдния существует инкубационный период т. Этот эффект наблюдался и при изучении смачивания карбида кремния SiC алюминием [363]. В работе [330] для определения периода инкубации по скорости образования зародышей использовали формулу

In(1/(1 - а)] = k0(í~x)"+2,(4.11)

где k0 — постоянная скорости всей реакции; а — площадь покрытия металлом по отношению ко всей площади графита; п — индекс зависимости между временем и скоростью зарождения зародышей. Если п = 0 и скорость образования зародышей при смачивании постоянна

и не зависит от времени, то скорость смачивания можно представить в виде

In [ 1/( 1 - а)] = k0 (t — т)2.(4.12)

Расчет энергии активации с учетом этой формулы для сплавов всех систем, включая чистый алюминий, дал 365—390 кДж/моль (разброс значений объясняется введением различных легирующих элементов, и он невелик). Энергия одинарной связи графита равна 348 кДж/моль. Таким образом, можно ожидать, что даже на этапе смачивания между графитом и алюминием или сплавом алюминия существует диссоциация углерода из графита.

В системе графит — А1 существует корреляция между k0, х и свободной энергией образования карбида легирующего элемента, что объясняется активностью каждого элемента в жидком алюминии.

Таким образом, на начальном этапе смачивания между графитом и алюминием существует такой же инкубационный период, как и в системе SiC — А1. Его продолжительность сокращается добавкой магния или элементов подгрупп Via и Va.

В работе 148] изучено влияние осажденного никеля на характеристики смачивания жидким алюминием графита. Последний, как известно, применяется в качестве упрочнителя в КМ на алюминиевой основе. С целью улучшения смачиваемости алюминием поверхности графита осуществляются такие способы предварительной обработки КМ, как нанесение металлических покрытий, например из никеля и меди, модификация по-вгрхности с помощью термообработки графита и добавка з жидкую ванну элементов, улучшающих смачивание. Однако механизм смачивания в этих случаях мало исследован и неясен.

Влияние полного осаждения Ni толщиной 0,05-—25 мкм на графите и добавления 1—4 % Ni к алюминию на смачиваемость графита жидким алюминием определялось методом лежащей капли в вакууме порядка 2 • 10~3 Па при 973—1273 К. После того как образцы из А1 или сплава Al — Ni и подложка из графита достигали определенной температуры, расплав из графитового цилиндра выдавливался с помощью графитового же поршня, и таким образом на подложку помещалась капля массой 0,5—1 г. Сразу же после этого в течение 1 ч форма капли фотографировалась. Кроме того, часть образцов выдерживали при 973, 1073 и 1173 К в течение 30 и 300 с. После этого разъемная пресс-форма раскрывалась, а образцы охлаждались со скоростью 2°С/с.

Рис. 63. Зависимость смачиваемости между графитом и алюминием при 1273 К от массового содержания титана и гафния (а), ванадия, ниобия и тантала {б). Штриховая кривая — чистый алюминий.