Оценка текстуры пироуглеродной матрицы композиционных материалов оптическим методом с применением графического редактора

Один из способов управления характеристиками композиционных материалов — формирование пироуглеродной матрицы с необходимой анизотропией пироуглерода. В работе представлены результаты оценки текстуры пироуглеродной матрицы композиционных материалов оптическим методом. Угол экстинкции — количественную характеристику текстуры — определяли с помощью регистрации интенсивности (яркости) квадранта сферолита пироуглеродной матрицы вокруг углеродного волокна. За искомую величину принимали значение угла поворота анализатора микроскопа при минимальной интенсивности. Используемые при определении серии фотографий микроструктуры пироуглеродного сферолита при различных углах поворота анализатора относительно поляризатора обрабатывали в графическом редакторе, далее анализировали усредненные значения оттенков серого выбранных пикселей в одной и той же области для поиска минимума интенсивности. Установлено, что при обработке изображений микроструктуры пироуглеродной матрицы и измерении яркости с помощью градаций серого влияние спектральных характеристик источника освещения незначительно при правильно подобранной освещенности. Оценены ограничения, связанные с геометрическими размерами исследуемого пироуглерода. При определении углов экстинкции для образцов с различной пироуглеродной матрицей (включая матрицу, состоящую из двух слоев) выявлено, что пироуглерод, полученный термоградиентным и изотермическим методами, имеет высоко- и низкотекстурированную структуру соответственно. Значения угла экстинкции для пироуглеродной матрицы, состоящей из двух слоев, различны для каждого слоя. Полученные результаты могут быть использованы при совершенствовании методов анализа микроструктуры пироуглерода.

1. Асташина Н. Б., Логинова Н. П., Роготнев А. А. и др. Оценка усталостного ресурса параметров остеоинтеграции углерод-углеродного композиционного материала медицинского назначения / Российский журнал биомеханики. 2023. Т. 27. № 4. С. 159 – 170. DOI: 10.15593/rzhbiomeh/2023.4.13

2. Разумовский Е. С., Шавшуков В. Е., Аношкин А. Н. Прогнозирование несущей способности эндопротеза тазобедренного сустава из углерод-углеродного композиционного материала / Вестник ПНИПУ. Механика. 2022. ¹ 4. С. 80 – 89. DOI: 10.15593/perm.mech/2022.4.08

3. Serino G., Gusmini M., Audenino Al., et. al. Multiscale characterization of isotropic pyrolytic carbon used for mechanical heart valve production / Processes. 2021. Vol. 9. No. 2. P. 338. DOI: 10.3390/pr9020338

4. Щурик А. Г. Искусственные углеродные материалы. — Пермь, 2009. — 342 с.

5. Оберлин А. Пироуглероды / Углерод. 2002. Т. 40. С. 7 – 24.

6. Колесников С. А., Максимова Д. С. Формирование физико-механических характеристик углерод-углеродных материалов при изостатической технологии получения углеродной матрицы / Известия вузов. Химия и химическая технология. 2018. Т. 61. Вып. 11. С. 50 – 61. DOI: 10.6060/ivkkt.20186111.14y

7. Wang Yafeng, Fan Zheqiong, Zhou Xunpeng, et al. Friction properties of bulk isotropic pyrocarbon materials based on different composite microstructures / Materials Research and Technology. 2022. Vol. 21. P. 4079 – 4092.

8. Кузнецов В. Г. Физико-механические свойства пироуглеродных покрытий в условиях высокочастотных нагрузок и высоких температур / Актуальные проблемы в машиностроении. 2021. № 11. С. 7 – 11. DOI: 10.26160/2309-8864-2021-11-7-11

9. Абызов А. М. Химическое осаждение из газовой фазы пироуглеродных покрытий на порошках в псевдоожиженном слое. I. Аппаратура, псевдоожижение / Известия СПбГТИ(ТУ). 2023. № 66(92). С. 97 – 104. DOI: 10.36807/1998-9849-2023-66-92-97-104

10. Yan Qianjun, Xin Yang, Zhang Xiaxiang, et al. Effect of graphitization temperature on microstructure, mechanical and ablative properties of C/C composites with pitch and pyrocarbon dual-matrix / Ceramics International. 2023. Vol. 49. Issue 2. P. 2860 – 2870. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.09.269

11. Староверова А. В., Токмачев М. Г., Гагарин А. Н., Ферапонтов Н. Б. Определение погрешностей методом оптической микрометрии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2023. Т. 89. № 6. С. 42 – 50. DOI: 10.26896/1028-6861-2023-89-6-42-50

12. Егорова О. В. Техническая микроскопия. Практика работы с микроскопами для технических целей: учебник для вузов. — СПб.: Лань, 2021. — 524 с.

13. Варрик Н. М., Максимов В. Г. Исследование структурных изменений в оксидной керамике методом поляризационной микроскопии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 7. С. 29 – 35. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-7-29-35

14. Папкова М. В., Магнитский И. В., Тащилов С. В., Дворецкий А. Э. Определение характеристик пироуглеродной матрицы в углерод-углеродных композиционных материалах / Химия и химическая технология. 2021. Т. 64. ¹ 5. С. 44 – 49. DOI: 10.6060/ivkkt.20216405.6352

15. Li Miao-Ling, Qi Le-Hua, Li He-Jun, Xu Guo-Zhong. Measurement of the extinction angle about laminar pyrocarbons by image analysis in reflection polarized light / Materials Science and Engineering A. 2007. Vol. 448. P. 80 – 87. DOI: 10.1016/j.msea.2006.11.104

16. Vallerot J.-M., Bourrat X. Pyrocarbon optical properties in reflected light / Carbon. 2006. Vol. 44. P. 1565 – 1571. DOI: 10.1016/j.carbon.2005.12.046

17. Vallerot J.-M., Bourrat X., Mouchon A., Chollon G. Quantitative structural and textural assessment of laminar pyrocarbons through Raman spectroscopy, electron diffraction and few other techniques / Carbon. 2006. Vol. 44. P. 1833 – 1844. DOI: 10.1016/j.carbon.2005.12.029

18. Reznik B., Hüttingerb K. On the terminology for pyrolytic carbon / Carbon. 2002. Vol. 40. P. 617 – 636. DOI: 10.1016/s0008-6223(01)00282-2

19. Burgio F., Fabbri P., Magnani G., Scafè M. Cf/C composites: correlation between CVI process parameters and Pyrolytic Carbon microstructure / Fracture and Structural Integrity. 2014. Vol. 30. P. 68 – 74. DOI: 10.3221/igf-esis.30.10