Пористоволокнистый материал сверхнизкой плотности на основе металлических волокон

9. Кириллов В.Н., Ефимов В.А., Матвеенкова Т.Е., Кривонос В.В., Гребнева Т.В., Болберова Е.В. Климатическая стойкость новых композиционных материалов //Авиационная промышленность. 2004. №4. С. 44-47.

10. Павлов H.H. Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях. М.: Химия. 1982. 224 с.

11. Филатов И.С. Климатическая устойчивость полимерных материалов. М.: Наука. 1983.

12. Кириллов В.Н., Ефимов В.А., Гуняев Г.М., Кривонос В.В., Машинская Г.П., Вапиров Ю.М. Особенности поведения неметаллических материалов в морских условиях //Сб. докл. научной конф. по гидроавиации «Геленджик-1996». М. 1996. С. 124-129.

13. Кириллов В.Н., Ефимов В.А., Полякова A.B. Климатическая и микробиологическая стойкость неметаллических материалов //Науч.-техн. сб. докл. Вып. «Методы испытаний и контроля качества металлических и неметаллических материалов». М. 2001. С. 81-86.

14. Кириллов В.Н., Ефимов В.А., Кислякова В.И., Баритко Н.В., Савенкова A.B., Сытый Ю.В., Костельцев В.В., Вапиров Ю.М. Влияние воздействия влажного субтропического климата на свойства неметаллических материалов //В сб. докл. IV научной конф. по гидроавиации «Гидроавиасалон-2002». М. 2002. С. 214-221.

15. Ракитина В.П., Кавун Н.С., Кириллов В.Н., Деев И.С., Топунова Т.Э., Ефимов В.А. Исследование климатической стойкости эпоксидных стеклотекстолитов, применяемых в сотовых и монолитных конструкциях самолетов //В сб. докл. VI научной конф. по гидроавиации «Гид-роавиасалон-2006». М. 2006. Ч. II. С. 109-116.

УДК 621.775.8

В.П. Мигунов, Д.П. Фарафонов, М.Л. Деговец

ПОРИСТОВОЛОКНИСТЫЙ МАТЕРИАЛ СВЕРХНИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

Разработана технология изготовления и получены опытные образцы пористоволок-нистого материала сверхнизкой плотности на основе металлических волокон. Материал предназначен для применения в качестве наполнителя высокотемпературных звукопоглощающих конструкций ГТД с рабочей температурой до 700°С.

Исследованы жаростойкость и акустические характеристики опытных образцов материала из волокон жаростойкого сплава на основе системы Бе-Сг-А1.

Разработанная технология позволяет изготовлять пористоволокнистый материал в виде матов с плотностью от 0,05 г/см3, высокой пластичностью, обеспечивающей возможность заполнения рабочего пространства ЗПК любой конфигурации и радиуса и исключения необходимости припаивания или крепления наполнителя к металлической основе.

Ключевые слова: пористоволокнистый металлический материал, звукопоглощающие конструкции, жаростойкость, газотурбинный двигатель.

Одним из перспективных направлений развития авиационного материаловедения является разработка пористоволокнистых металлических материалов (ПВММ). Эти материалы обладают рядом уникальных свойств, которые позволили разработать в ВИАМ принципиально новые истираемые уплотнительные материалы для применения в компрессорах и турбинах ГТД [1], а также материалы для высокотемпературных звукопоглощающих конструкций (ЗПК). Эти материалы объединяет то, что они изготовляются из металлических волокон, получаемых методом экстракции висящей капли расплава (ЭВКР), осуществляемом во ФГБОУ ВПО «МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского».

Однако, если для истираемых уплотнительных материалов основными свойствами, определяющими их эффективность, являются их истираемость и эрозионная (газоабразивная) стойкость, то для звукопоглощающих материалов наряду с высокой акустической эффективностью, которая характерна для пористоволокнистых материалов, требуется низкая плотность, так как они занимают довольно большой объем в конструкции ГТД.

Акустическая эффективность пористоволокнистых металлических материалов в широкой области частот и их высокие звукопоглощающие свойства, не зависящие от уровня звукового давления в потоке, обусловлены эффектом вязкого трения при движении воздуха в порах [2].

Для эффективного поглощения шума в высокотемпературной зоне ГТД в ВИАМ разработана технология, включающая прессование и спекание волокон, по которой получены пористоволокнистые материалы в виде панелей из сплавов типа 12Х18Н10Т и Х20Н80 с плотностью 0,8-0,4 г/см на рабочие температуры до 650°С (рис. 1).

Акустическая эффективность этих панелей исследована во ФГУП «ЦИАМ» на стенде У-96Т в диапазоне частот 800-10000 Гц и при уровне звукового давления от 110 до 150 дБ, т. е. в условиях, близких к существующим в натурных каналах турбореактивных двигателей (ТРДД). В результате этих исследований показано, что панели из ПВММ характеризуются равномерным спектром поглощения на частотах >1,6 кГц, превосходя по акустической эффективности резонансные ЗПК на основе металлических сот, которые активно используются в конструкциях современных ГТД [3].

В настоящее время существует задача по повышению рабочей температуры звукопоглощающих ПВММ, а главное - по уменьшению их плотности. Получены первые опытные образцы материала из волокон сплава системы Fe-Cr-Al со сверхнизкой плотностью 0,05-0,35 г/см . Это стало возможно благодаря совершенствованию установок и метода ЭВКР, позволяющего изготовлять непосредственно из расплава металлические волокнистые холсты с плотностью от 0,05 г/см . Сущность метода ЭВКР заключается в нагреве электронным лучом стержня таким образом, чтобы на его нижнем торце образовалась висящая капля расплава, которая, попадая на тонкую кромку вращающегося охлаждаемого теплоприемника, образует непрерывное волокно, из которого формируется холст (рис. 2) [4].

Форма поперечного сечения отдельных волокон в холсте главным образом определяется формой рабочей кромки теплоприемника и может изменяться от близкой

Рис. 1. Панели пористоволокнистого материала из сплава Х20Н80

Рис. 2. Пористоволокнистый материал, полученный методом экстракции висящей капли расплава

к полукругу до серповидной. Микроструктура пористоволокнистого материала, полученного методом ЭВКР, из сплава системы Бе-Сг-Л1 представлена на рис. 3.

Толщина отдельных волокон не превышает 100 мкм, поэтому одним из определяющих работоспособность ПВММ свойств является их жаростойкость или способность сопротивляться окислению при повышенных температурах. Характерной особенностью пористоволокнистых материалов является их сильно развитая поверхность. Площадь поверхности данных материалов количественному определению практически не поддается. Поэтому существующие методы оценки жаростойкости к этим материалам не применимы [5].

Методика определения жаростойкости пористоволокнистых материалов основана на определении относительного изменения массы образца при воздействии на него температуры в течение определенного промежутка времени в присутствии воздуха. По результатам проведенных испытаний, ПВММ со сверхнизкой плотностью из сплава системы Бе-Сг-Л1 может эксплуатироваться при рабочей температуре до 700°С и выше -привес образцов этого материала не превышает 1,1% за 100 ч при температуре 700°С.

Для получения ПВММ с высокими акустическими свойствами, которые зависят от толщины материала, из холстов, полученных методом ЭВКР, были изготовлены маты толщиной 20 мм. Плотность полученных матов составила 0,2-0,4 г/см , а пористость -более 95%. Маты толщиной 20 мм легко обрабатываются и могут доводиться до необходимых габаритов с помощью ручных ножниц по металлу.

Во ФГУП «ЦАГИ» проведены исследования акустических характеристик (коэффициента звукопоглощения а и импенданса Яе(2) и 1ш(2)) образцов, вырезанных из матов различной плотности. Испытания выполнены на интерферометре высоких уровней в диапазоне частот 1=500-5000 Гц при перпендикулярном падении на поверхность образца звуковых волн в виде белого шума с уровнем звукового давления Г« 120 дБ. Значения и частотный диапазон коэффициента звукопоглощения а для образцов толщиной 20 мм представлены в таблице.

Акустические характеристики образцов ПВММ толщиной 20 мм из волокон сплава системы Ее-Сг-А1

Плотность Условный номер Коэффициент Диапазон частот А!

материала, г/см3 образца звукопоглощения а кГц

0,2 1 0,5-0,6 3-5

2 0,4-0,5 3-5

3 0,4-0,5 2,8-5

0,3 4 0,6-0,7 2,8-5

5 0,5-0,6 2,6-5

6 0,5-0,6 2,8-5

0,4 7 0,6-0,75 2,5-5

8 0,6-0,75 2,8-5

9 0,6-0,75 2,8-5

100 мкм

Рис. 3. Микроструктура пористоволокнистого материала из сплава Х23Ю5, полученного методом ЭВКР

Из данных таблицы видно, что образцы обеспечивают максимальное значение коэффициента звукопоглощения а«0,5-0,7 в основном в области высоких частот £»3-5 кГц. С целью достижения более высокого звукопоглощения в расширенном диапазоне частот при изготовлении матов сверхнизкой плотности можно использовать дополнительные методы, заключающиеся в увеличении толщины поглощающего слоя, уменьшении толщины волокон, изготовлении материала с переменной плотностью и пористостью, использовании дополнительных элементов в виде перфорированных пластин или металлических сеток.

Преимущества пористоволокнистых материалов со сверхнизкой плотностью по сравнению с другими высокотемпературными ЗПК (на основе металлических сот и сеток) заключаются не только в их высоких акустических характеристиках и меньшей плотности, но и в их технологичности. Материал легко обрабатывается, а его высокая пластичность и упругость обеспечат возможность заполнения рабочего пространства ЗПК любой конфигурации и радиуса, при этом исключается необходимость припаива-ния или крепления наполнителя к металлической основе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мигунов В.П., Фарафонов Д.П., Деговец М.Л., Ступина Т.И. Уплотнительные материалы для проточного тракта ГТД / В сб.: Авиационные материалы и технологии: Юбилейный науч.-техн. сб. (приложение к журналу «Авиационные материалы и технологии»). М.: ВИАМ. 2012. С. 94-97.

2. Белов C.B. Пористые металлы в машиностроении. М.: Машиностроение. 1981. 233 с.

3. Мигунов В.П., Ломберг Б.С. Пористоволокнистые металлические материалы для звукопоглощающих и уплотнительных конструкций /В сб.: 75 лет. Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932-2007. М.: ВИАМ. 2007. С. 270-275.

4. Борисов Б.В. Разработка технологии получения волокон и пористых материалов из жаростойких сплавов методом экстракции висящей капли расплава: автореф. дис. канд. техн. наук (МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского). М. 2011. 23 с.

5. Мигунов В.П., Фарафонов Д.П. Исследование основных эксплуатационных свойств нового класса уплотнительных материалов для проточного тракта ГТД //Авиационные материалы и технологии. 2011. №3. С. 15-20.

УДК 665.7.035.8

В.Ю. Чухланов*, Д.В. Жилин*

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРОВ НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕРМЕТИКА НА ОСНОВЕ ПОЛИДИМЕТИЛСИЛОКСАНА

Рассмотрены вопросы исследования влияния термостабилизаторов на диэлектрические свойства герметика на основе полидиметилсилоксана. Приведены сравнительные диэлектрические характеристики получаемых материалов.

Ключевые слова: термостабилизаторы, герметик на основе полидиметилсилоксана.

Интенсивное развитие авиационной и космической техники требует создания новых перспективных материалов для высокоскоростных летательных аппаратов. Возникают серьезные проблемы, связанные с необходимостью создания и использования герметизирующих составов с высокими диэлектрическими характеристиками.

* Владимирский государственный университет.