Ионно-лучевая модификация поверхности углеродных волокон

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Углеродным волокнам находят применение в производстве автомобилей, самолетов, спортивных товаров, энергетике и биомедицине благодаря их уникальным свойствам, таким как высокая удельная прочность, высокая удельная жесткость, низкий коэффициент теплового расширения и низкая плотность. Были и остаются актуальными исследования и разработки как технологии получения углеродных волокон, так и их модификации для широкого круга применений. Проведенное обобщение накопленного опыта по модификации углеродных волокон показывает, что ионно-лучевая обработка позволяет получать различный по геометрии развитый рельеф поверхности, в частности, вискерообразный и гофрообразый, ориентированный поперек или вдоль волокна. Такая обработка выгодно отличается от обычной вискеризации волокна как многообразием геометрии границы раздела композита и подложки, так и отсутствием проблемы адгезии вискеров с волокном. Ионно-лучевая обработка позволяет модифицировать также структуру поверхностного слоя от аморфизованного до упорядоченного с разной степенью графитации. Облучение химически активными ионами приводит к функционализации углеродного волокна за счет образования, например, нитридов и оксидов углерода. Выбор ионов азота для технологии получения углерод-углеродных и углерод-керамических композитов представляется более предпочтительным, благодаря менее жестким требованиям к температуре облучаемого волокна. Для ионно-лучевого гофрирования поверхности углеродного волокна на основе полиакрилонитрила необходим лишь его нагрев выше температуры динамического отжига радиационных нарушений. К значительному увеличению производительности ионно-лучевой обработки приводит использование ионов гелия технологических плазменных ускорителей.

Об авторах

Н. Н. Андрианова

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)

Email: anatoly_borisov@mail.ru
Россия, 125993, Москва

А. М. Борисов

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет); Московский государственный технологический университет “СТАНКИН”

Автор, ответственный за переписку.
Email: anatoly_borisov@mail.ru
Россия, 125993, Москва; Россия, 127055, Москва

Е. С. Машкова

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына
Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: anatoly_borisov@mail.ru
Россия, 119997, Москва

М. А. Овчинников

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына
Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: anatoly_borisov@mail.ru
Россия, 119997, Москва

И. В. Суминов

Московский государственный технологический университет “СТАНКИН”

Email: anatoly_borisov@mail.ru
Россия, 127055, Москва

Список литературы

  1. Нагорный В.Г., Котосонов А.С., Островский В.С., Дымов Б.К., Лутков А.И., Ануфриев Ю.П., Барабанов В.Н., Белогорский В.Д., Кутейников А.Ф., Виргильев Ю.С., Соккер Г.А. Свойства конструкционных материалов на основе углерода. Справочник / Под ред. В.П. Соседова. М.: Металлургия, 1975. 336 с.
  2. Островский В.С., Виргильев Ю.С., Костиков В.И., Шипков Н.Н. Искусственный графит. М.: Металлургия, 1986. 272 с.
  3. Фитцер Э., Дифендорф Р., Калнин И., Ягер X., Хейес Б., Стензенбергер К., Адаме Д., Брунш К., Бергман X., Гастингс Г., Нагабхушанам Т., Зенг X., Ким С., Ри Б. Углеродные волокна и углекомпозиты. Пер. с англ. / Ред. Э. Фитцер. М.: Мир, 1988. 336 с.
  4. Dresselhaus M.S., Dresselhaus G., Sugihara K., Spain I.L., Goldberg H.A. // Graphite Fibers and Filaments. Springer Series in Materials Science. Volume 5. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1988. 382 p. https://www.doi.org/10.1007/978-3-642-83379-3
  5. Pierson H.O. Handbook of Carbon, Graphite, Diamond and Fullerenes. Noyes Publ., Park Ridge NJ, 1993. 415 p.
  6. Фиалков А.С. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе. М.: Аспект Пресс, 1997. 718 с.
  7. Virgil’ev Yu.S. Kalyagina I.P. // Inorganic Materials. 2004. V. 40. Suppl. 1. P. S33. https://www.doi.org/10.1023/B:INMA.0000036327. 90241.5a
  8. Варшавский В. Я. Углеродные волокна М.: Варшавский, 2007. 500 с.
  9. Мэтьюз Ф., Ролингс Р. Композитные материалы. Механика и технология. М.: Техносфера, 2004. 408 с.
  10. Gibson R.F. // Compos. Struct. 2010. V. 92. P. 2793. https://www.doi.org/10.1016/j.compstruct.2010.05.003
  11. Мелешко А.И., Половников С.П. Углерод, углеродные волокна, углеродные композиты. М.: САЙН-ПРЕСС, 2007. 192 с.
  12. Yun G., Tang S.-Y., Lu H., Zhang S., Dickey M.D., Li W. // Small Sci. 2021. V. 1. Iss. 6. P. 2000080. https://www.doi.org/ 10.1002/smsc.202000080
  13. Черненко Н.М. // Перспективные материалы. 1999. № 6. С. 78.
  14. Черненко Н.М. // Современные проблемы производства и эксплуатации углеродной продукции. Челябинск: Библиотека А. Миллера, 2000. С. 217.
  15. Черненко Д.Н., Черненко Н.М. Щербакова Т.С. Грудина И.Г. Углеродкерамический волокнисто-армированный композиционный материал и способ его получения // Патент RU № 2684538. Опубл. 09.04.2019.
  16. Sager R.J., Klein P.J., Lagoudas D.C., Zhang Q., Liu J., Dai L. // Compos. Sci. Technol. 2009. V.69. P. 898. https://www.doi.org/10.1016/j.compscitech.2008.12.021
  17. Garcia E.J., Wardle B.L., Hart A.J., Yamamonj N. // Compos. Sci. Technol. 2008. V. 68. № 9. P. 2034. https://www.doi.org/10.1016/j.compscitech.2008.02.028
  18. Sharma S.P., Lakkad S.C. // Surf. Coat. Technol. 2010. V. 205. P. 350. https://www.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2010.06.055
  19. Wickss S.S., Guzman R., Wardle B.L. // Compos. Sci. Technol. 2010. V. 70. P. 20. https://www.doi.org/10.1016/j.compscitech.2009.09.001
  20. Song Q., Li K.-Z., Li H.-L., Li H.-J., Chang R. // Carbon 2012. V. 50. P. 3949. https://www.doi.org/10.1016/j.carbon.2012.03.023
  21. Wu S., Liu Y., Ge Y., Ran L., Peng K, Yi M. // Composites A. 2016. V. 90. P 480. https://www.doi.org/10.1016/j.compositesa.2016.08.023
  22. Kinloch I.A., Suhr J., Lou J., Young R.J., Ajayan P.M. // Science. 2018. V. 362. P. 547. https://www.doi.org/10.1126/science.aat7439.
  23. Chechenin N.G., Chernykh P.N., Vorobyeva E.A., Timofeev O.S. // Appl. Surf. Sci. 2013. V. 275. P. 217. https://www.doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.12.162
  24. Воробьева Е.А., Макаренко И.В., Макунин А.В., Трифонов В.А., Чеченин Н.Г. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2015. № 8. С. 29. https://www.doi.org/10.7868/S020735281508017X
  25. Kobzev V.A., Chechenin N.G., Bukunov K.A., Vorobyeva E.A., Makunin A.V. // Materials Today: Proceedings. 2018. V. 5. № 12. P. 26096. https://www.doi.org/10.1016/j.matpr.2018.08.036
  26. Kushkina K.D., Shemukhin A.A., Vorobyeva E.A., Bukunov K.A., Evseev A.P., Tatarintsev A.A., Maslakov K.I., Chechenin N.G., Chernysh V.S. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2018. V. 430. P. 11. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2018.05.038
  27. Новиков Л.С., Воронина Е.Н., Черник В.Н., Чеченин Н.Г., Макунин А.В., Воробьева Е.А. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2016. № 6. С. 49. https://www.doi.org/10.7868/S0207352816060147
  28. Vorobyeva E.A., Chechenin N.G., Makarenko I.V., Kepman A.V. // J. Composites Sci. 2017. V. 1. № 6. https://www.doi.org/10.3390/jcs1010006
  29. Vorobyeva E.A., Evseev A.P., Petrov V.L., Shemukhin A.A., Chechenin N.G. // Moscow University Physics Bull. 2021. V. 76. № 1. P. 29. https://www.doi.org/10.3103/s0027134921010112
  30. Mashkova E.S., Molchanov V.A. Medium-Energy Ion Reflection from Solids. Amsterdam: North-Holland, 1985. 444 p.
  31. Лигачева Е.А., Галяева Л.В., Гаврилов Н.В. // Физика и химия обработки материалов. 2006. № 1. С. 46.
  32. Ivanov M.V., Gavrilov N.V., Belyh T.A., Ligacheva E.A., Galijeva L.V., Ligachev A.E., Sohoreva V.V. // Surf. Coat. Technol. 2007. V. 201. P. 8326. https://www.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.12.034
  33. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Виргильев Ю.С., Машкова Е.С., Немов А.С., Питиримова Е.А., Тимофеев М.А. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2008. № 5. С. 59
  34. Andrianova N.N., Borisov A.M., Mashkova E.C., Virgiliev Yu.S. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2009. V. 267. P. 2778. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2009.05.021
  35. Авилкина В.С., Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Виргильев Ю.С., Машкова Е.С., Питиримова Е.А., Тимофеев М.А. // Физика и химия обработки материалов. 2009. № 5. С. 21.
  36. Andrianova N.N., Borisov A.M., Mashkova E.S., Virgiliev Yu.S. // J. Spacecraft Rockets. 2011. V. 48. P. 45. https://www.doi.org/10.2514/1.49462
  37. Andrianova N.N., Borisov A.M., Mashkova E.S., Virgiliev Yu.S. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2011. V. 269. P. 861. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2010.12.063
  38. Авилкина В.С., Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Виргильев Ю.С., Машкова Е.С. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2012. № 8. С. 3
  39. Andrianova N.N., Borisov A.M., Mashkova E.S., Parilis E.S., Virgiliev Yu.S. // Horizons in World Physics. NY, USA: Nova Science Publishers, Inc., 2013. V. 280. P. 171
  40. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Виргильев Ю.С., Машкова Е.С., Петров Д.В. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2014. № 6. С. 6.
  41. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Машкова Е.С., Шульга В.И. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2016. № 4. С. 51.
  42. Аникин В.А., Борисов А.М., Макунин А.В., Машкова Е.С., Овчинников М.А. // Приборы. 2017. № 12. С. 46.
  43. Andrianova N.N., Borisov A.M., Kazakov V.A., Mashkova E.S., Ovchinnikov M.A., Savushkina S.V., Chernenko N.M. // J. Phys.: Conf. Ser. 2017. V. 941. P. 012028. https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/941/1/012028
  44. Андрианова Н.Н., Аникин В.А. Борисов А.М., Машкова Е.С., Казаков В.А., Овчинников М.А., Савушкина С.В. // Изв. РАН. Сер. физич. 2018. Т. 82. № 2. С. 140.
  45. Аникин В.А., Борисов А.М., Макунин А.В., Машкова Е.С., Овчинников М.А. // Ядерная физика и инжиниринг. 2018. Т.9. № 2. С. 122.
  46. Borisov A.M., Chechenin N.G., Kazakov V.A., Mashkova E.S., Ovchinnikov M.A. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2019. V. 460. P. 132. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2019.03.045
  47. Andrianova N.N., Borisov A.M., Makunin A.V., Mashkova E.S., Ovchinnikov M.A. // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1396. P. 012003. https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/1396/1/012003
  48. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Казаков В.А., Макунин А.В., Машкова Е.С., Овчинников М.А. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2020. № 3. С. 20.
  49. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Казаков В.А., Макунин А.В., Машкова Е.С., Овчинников М.А. // Изв. РАН. Сер. физич. 2020. Т. 84. № 6. С. 857.
  50. Andrianova N.N., Anikin V.A., Borisov A.M., Gorina V.A., Makunin A.V., Mashkova E.S., Ovchinnikov M.A., Cheblakova E.G., Sleptsov V.V. // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1313. P. 012001. https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/1313/1/012001
  51. Андрианова Н.Н., Бейлина Н.Ю., Борисов А.М., Машкова Е.С., Черненко Д.Н., Черненко Н.М. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2014. № 3. С. 15.
  52. Андрианова Н.Н., Бейлина Н.Ю., Борисов А.М., Машкова Е.С., Черненко Д.Н., Черненко Н.М. // Вакуумная техника и технология. 2014. Т. 23. № 1. С. 85.
  53. Borisov A.M., Makunin A.V., Mashkova E.S., Kazakov V.A., Ovchinnikov M.A., Sleptsov V.V. // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 1121. P. 012008. https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/1121/1/012008.
  54. Anikin V.A., Andrianova N.N., Borisov A.M., Mashkova E.S., Ovchinnikov M.A., Savushkina S.V., Chernenko D.N., Chernenko N.M. // J. Phys.: Conf. Ser. 2017. V. 941. P. 012029. https://www.doi.org/:10.1088/1742-6596/941/1/012029
  55. Borisov A.M., Gorina V.A., Mashkova E.S., Ovchinnikov M.A., Cheblakova E.G., Chernenko D.N., Chernenko N.M. // Materials Today: Proceedings. 2018. V. 5. P. 26058. https://www.doi.org/10.1016/j.matpr.2018.08.029
  56. Черненко Н.М., Черненко Д.Н., Бейлина Н.Ю., Елизаров П.Г., Борисов А.М., Машкова Е.С., Андрианова Н.Н. // Патент RU № 2 560 362. Опубл. 20.08.2015.
  57. Борисов А.М., Андрианова Н.Н., Аникин В.А., Машкова Е.С., Овчинников М.А., Черненко Д.Н., Черненко Н.М., Шульгина Ю.М. // Патент RU № 2 689 584. Опубл.: 28.05.2019.
  58. Borisov A.M., Mashkova E.S. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2007. V. 258. P. 109. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2006.12.078
  59. Борисов А.М., Виргильев Ю.С., Машкова Е.С. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2008. № 1. С. 58.
  60. Платонов П.А., Штромбах Я.И., Карпухин В.И., Виргильев Ю.С., Чугунов О.К., Трофимчук Е.И. // Атомноводородная энергетика и технология. Вып. 6. М.: Энергоатомиздат, 1984. С. 77.
  61. Виргильев Ю.С., Чугунова Т.К., Макарченко В.Г., Муравьева Е.В. // Изв. АН СССР. Сер. Неорганические материалы. 1984. Т. 20. № 8. С. 1378.
  62. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Высотина Е.А., Тимофеев М.А., Машкова Е.С., Овчинников М.А. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2021. № 3. С. 24.
  63. Andrianova N.N., Borisov A.M., Mashkova E.S., Ovchinnikov M.A., Timofyev M.A., Vysotina E.A. // Vacuum. 2021. V. 188. P. 110177. https://www.doi.org/10.1016/j.vacuum.2021.110177
  64. Andrianova N.N., Borisov A.M., Makunin A.V., Mashkova E.S., Ovchinnikov M.A., Vysotina E.A. // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1713. P. 012005. https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/1713/1/012005
  65. Борисов А.М., Машкова Е.С., Тимофеев М.А., Овчинников М.А. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2022. № 5. С. 26.

© Н.Н. Андрианова, А.М. Борисов, Е.С. Машкова, М.А. Овчинников, И.В. Суминов, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах