Композит с алюминиевой матрицей и углеродным волокном

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-79-00004

НазваниеКомпозит с алюминиевой матрицей и углеродным волокном

Руководитель Галышев Сергей Николаевич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук , Московская обл

Конкурс №49 - Конкурс 2020 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые слова композит, алюминиевая матрица, углеродное волокно, золь-гель покрытия, прочность, трещиностойкость

Код ГРНТИ55.09.43

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение проблемы создания волокнистых композитных материалов с металлической матрицей. На сегодняшний день известно не более нескольких десятков промышленных применений композитов с металлической матрицей армированной волокном. В большинстве случаев это частные, узкие применения в штучных изделиях космической промышленности и ВПК. Столь узкое применение этих материалов обусловлено в первую очередь высокой стоимостью технологий производства. Настоящий проект является совокупностью исследований междисциплинарного характера, которые станут фундаментальной научной базой для создания экономически эффективной технологии композита с алюминиевой матрицей и углеродным волокном. Полимерные композиты благодаря высокой прочности и низкому весу с большим успехом всё больше и больше вытесняют традиционные конструкционные материалы, такие как сталь, алюминиевые и титановые сплавы. Однако область применения углепластика ограничена низкими эксплуатационными температурами (до 300 °С), низкой прочностью при межслоевом сдвиге (менее 100 МПа), невысокой трещиностойкостью (не более 3 МПа*м^1/2), низкой электропроводностью и теплопроводностью, а так же сложностью стыковки с металлическими частями конструкции. Эти параметры особенно актуальны для авиационной и ракетно-космической отраслей. Так, например, в силу указанных ограничений, в современном пассажирском самолёте лишь 50% массы планера может быть выполнено из углепластика. Силовые элементы, из-за недостаточной трещиностойкости углепластиков, выполняются из алюминиевых сплавов. Эффективная замена легким и прочным композитом массивных металлических силовых элементов в конструкции современных летательных аппаратов возможна при замене полимерной матрицы на металлическую, например алюминиевую. Такая замена позволит значительно снизить вес силовых элементов конструкций летательных аппаратов, а значит увеличить массу полезной нагрузки. Научная новизна проекта определяется в первую очередь методом нанесения барьерных покрытий углеволокна - золь-гель метод. Это позволит не только ограничить химическое взаимодействие, но и даст возможность управлять прочностью связи матрица-волокно, варьируя толщину, структуру и химический состав покрытия. Не смотря на не малое число публикаций посвященных золь-гель покрытиям углеродных волокон, на сегодняшний день в открытой печати нет ни одной работы, где систематически исследована возможность управления прочностью границы матрица-волокно применительно к углеалюминию, вместе с тем полностью отсутствует информация о механических свойствах углеалюминиевого композита, с оксидными золь-гель покрытиями углеволокна, выполняющими роль «слабых» границ.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Галышев С.Н. Формирование оксидных барьерных покрытий на поверхности углеродного волокна для армирования алюминиевой матрицы ХVII Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физикохимия и технология неорганических материалов» / Сборник трудов. – М: ИМЕТ РАН, 2020, стр. 21-23 (год публикации - 2020)

2. С.Н. Галышев, А.И. Гомзин, Н.Г. Зарипов Effect of the sol temperature on the structure and thickness of the SiO2 coating of carbon fibers IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1129 (2021) 012005 (год публикации - 2021)
10.1088/1757-899X/1129/1/012005

3. Галышев С.Н., Гомзин А.И. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗОЛЯ НА СТРУКТУРУ И ТОЛЩИНУ SIO2- ПОКРЫТИЯ УГЛЕРОДНОГО ВОЛОКНА XXXII Международная инновационная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС - 2020): Сборник трудов конференции (Москва, 2-4 декабря 2020) / М: Изд-во ИМАШ РАН, стр. 37-41 (год публикации - 2021)

4. Галышев С.Н. Композит с алюминиевой матрицей и углеродным волокном XХII Зимняя школа по механике сплошных сред Пермь, 22 – 26 марта 2021г. Тезисы докладов /ПФИЦ УрО РАН. – Электронные данные. – Пермь, 2021, стр. 93 (год публикации - 2021)

5. Галышев С.Н., Постнова Е.Ю. Electrochemical deposition of SiO2-coatings on carbon fiber Fibers, 2021, 9, 33 (год публикации - 2021)
10.3390/fib9050033

6. Галышев С. On the Strength of the CF/Al-Wire Depending on the Fabrication Process Parameters: Melt Temperature, Time, Ultrasonic Power, and Thickness of Carbon Fiber Coating Metals, 11(7), 1006 (год публикации - 2021)
10.3390/met11071006

7. Галышев С., Постнова Е., Шахлевич О., Агарков Д., Агаркова Е., Некрасов А., Можчиль Р. Heat Treatment Effect on the Phase Composition of the Silica Electrochemical Coating and the Carbon Fiber Strength Materials, 14(18):5209 (год публикации - 2021)
10.3390/ma14185209

8. Галышев С.Н, Орлов В.И., Атанов Б.И, Колыванов Е.Л., Аверичев О.А., Акопджанян Т.Г. The Effect of Tin Content on the Strength of a Carbon Fiber/Al-Sn-Matrix Composite Wire Metals, 2021, 11(12), 2057 (год публикации - 2021)
10.3390/met11122057

9. Галышев С.Н., Зарипов Н.Г., Аверичев О.А., Шахлевич О.Ф. Investigation of the Effect of Pretreatment of the Carbon Fiber Surface on the Continuity of the Sol-Gel Coating Key Engineering Materials, Vol. 910, pp 49-54 (год публикации - 2022)
10.4028/p-jdlkvw

Публикации

5. Галышев С.Н., Постнова Е.Ю. Electrochemical deposition of SiO2-coatings on carbon fiber Fibers, 2021, 9, 33 (год публикации - 2021)
10.3390/fib9050033