Layered-Fiber Composite with a Niobium-Based Matrix, Reinforced with Carbon Fibers

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A technological scheme for producing a high-temperature layered-fibrous composite material by solid-phase diffusion welding in vacuum under load from a workpiece with initial layer-by-layer components — niobium foils and unidirectionally oriented carbon fibers is presented. The procedure for forming the composite structure was carried out in two stages with the structure being monitored after the first stage for the connectivity of its components, and then heat treatment of the second stage was performed, completing the technological process. The longitudinal and transverse structure of the composite was studied using an electron scanning microscope equipped with an energy-dispersive microanalyzer. Data were obtained on the distribution of niobium and carbon in the cross section. The structure includes layers of solid solutions of carbon in niobium, Nb–C intermetallic compounds, and carbon fibers. Composite specimens were tested under bending conditions and the dependence of their strength on temperature in the range of 20°C—1400°C was obtained. The strength values correspond to the requirements for materials of this kind, intended as structural ones for the manufacture of parts for the high-temperature circuit of gas turbine engines. Analysis of the stress-strain curves obtained as a result of testing the specimens showed the non-brittle nature of the destruction of the composite material containing brittle components — intermetallic compounds and carbon fibers — which is also confirmed by the morphology of the fracture surfaces of the specimens.

About the authors

V. M Kiiko

Institute of Solid-State Physics of RAS

Email: kiiko@issp.ac.ru
Chernogolovka, Russia

V. P Korzhov

Institute of Solid-State Physics of RAS

Chernogolovka, Russia

V. I Orlov

Institute of Solid-State Physics of RAS

Chernogolovka, Russia

References

  1. Келли А. // Наука — производству. 2007. № 2. С. 1.
  2. Милейко С.Т. // Наука — производству. 2007. № 2. С. 10.
  3. Karpov M.I., Vnukov V.I., Stroganova T.S., Prokhorov D.V., Gnesin I.B., Zheltyakova I.S., Svetlov I.L. // Bull. RAS: Phys. 2019. V. 83. Iss. 10. P. 1235.
  4. Сорокин О.Ю., Кузнецов Б.Ю., Лунегова Ю.В., Ерасов В.С. // Труды ВИАМ. 2020. № 4–5. С. 42. http://www.doi.org/10.11857/2307-6046-2020-045-42-53
  5. Мурашева В.В., Щетапов Б.В., Севостьянов Н.В., Ефимочкин И.Ю. // Конструкции из композиционных материалов. 2014. № 2. С. 24.
  6. Roode M.Y. // J. Eng. Gas Turbine Power. 2010. V. 132. № 1. http://www.doi.org/132.10.1115/1.3124669
  7. Nozhutsky Y.A., Fedina Y.A., Rekin A.D., Ivanov N.I. // International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exhibition. Orlando, Florida. 1997. P 1.
  8. Ramachandran K., Leelavinodhan S., Antao Ch., Copti A., Mauricio C., Jyothi Y.L., Jayaseelan D.D. // J. European Ceramic Soc. Nov. 2021. P 20. https://doi.org/10.1016/j.jeurecramsoc.2021.11.020
  9. Kuntz M., Horvath J., Grathwohl. High temperature fracture toughness of a C/SiC (CVI) composite as used for screw jointsime — entry vehicles. // References 163 in 4th International Conference on High Temperature Ceramic Matrix Composites (HT — CMC4). October 2001. Munich, Wiley — VCH Verlag GmbH. P. 469.
  10. Corman G.S., Luthra K.L. Development History of GE’s Prepreg Melt Infiltrated Ceramic Matrix Composite Material and Applications. // Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Comprehensive Composite Materials II. 2017. V. 5. P. 325. http://www.doi.org/10.1016/B978-0-12-803581-8.10001-3
  11. Кийко В.М., Курлов В.Н., Стрюков Д.О. Оксидные волокна для армирования жаропрочных композитов. // Актуальные проблемы прочности. Национальная академия наук Беларуси. Минск: УП “ИВЦ Минфина”. 2022 С. 85.
  12. Mileiko S.T. // J. Mater. Eng. Performance. 2015. V. 24. № 7. P. 2836. http://www.doi.org/10.1007/s11665-014-1305-0
  13. Kiiko V.M., Korzhov V.P., Kurlov V.N. // J. Surf. Invest.: X-ray, Synchrotron Neutron Tech. 2023. V. 17. № 5. P. 978. http://www.doi.org/10.1134/S1027451023050063
  14. Патент (РФ) 2751062. Высокотемпературный слоисто-волокнистый композит, армированный оксидными волокнами, и способ его получения. / Кийко В.М., Коржов В.П., Стрюков Д.О., Шикунов С.Л., Шикунова И.А., Курлов В.Н. // 07.07.2021. Бюл. № 19.
  15. Коржов В.П., Кийко В.М., Прохоров Д.В. Структура и жаропрочность слоистых композитов тугоплавких металлов твердофазного способа приготовления. // Перспективные материалы и технологии, монография. Т. 1. Витебск: Национальная академия наук Беларуси. Витебский государственный технологический университет. 2017. С. 358.
  16. Милейко С.Т. // Композиты и наноструктуры. 2015. Т. 7. № 4. С. 191.
  17. Карпов М.И., Коржов В.П., Кийко В.М., Прохоров Д.В., Толстун А.Н. // Перспективные Материалы. 2011. № 13. С. 704.
  18. Диаграммы состояния двойных металлических систем. В трех томах. / Ред. Лякишев Н.П. М: Машиностроение. 1996–2000 г.
  19. Рудицин М.Н., Артемов П.Я., Любошиц М.И. Справочное пособие по сопротивлению материалов. Минск: Вышэйшая школа, 1970. 632 с.
  20. Светлов И.Л. // Материаловедение. 2010. № 9. С. 29. № 10. С. 18.
  21. Cook J. // Proc. Royal Soc. A. 1964. V. 282. № 8. P. 508.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).