Investigation on corrosion properties of carbon-carbon composites

Abstract

The corrosion resistance of carbon-carbon composite materials (C–C composites) was studied in a corrosive media of coolant NaF+ZrF₄ salt (a model heat-transfer) at 700 °С in the air flow. It has been shown that C–C composite material is resistant to the model heat-transfer even under conditions of critical temperature accident. The main mechanism that leads to the C–C composite corrosion is a mechanism of composite material oxidation due to the contact with the air. The study has evidenced that the C–C composite burn-up rate well correlates with the pyrocarbon matrix content in the composite, the matrix content increase by 25...30% results in the composite corrosion resistance increase by a factor of 2–4. So, by developing corrosion-resistant carbon-carbon composites one has a problem of finding an optimum fiber-matrix ratio in the composite. It has been confirmed experimentally that by silication of C–C composites with the use of the methods which were developed in NSC KIPT it is possible to increase the service life of products under simulated accident conditions by a factor of 7 – 7.5.

Проведено дослідження корозійної стійкості вуглець-вуглецевих композиційних матеріалів (ВВКМ) в агресивних середовищах (модельний сольовий теплоносій NaF+ZrF₄) при температурі 700 °С у потоці повітря. Показано, що ВВКМ є стійким по відношенню до модельного теплоносія навіть в умовах аварійних температур, а основним механізмом, відповідальним за корозію ВВКМ, є механізм окислення композиційного матеріалу при контакті з атмосферним середовищем. Проведені дослідження наочно підтвердили, що швидкість вигоряння ВВКМ чітко корелює зі змістом у композиті піровуглецевої матриці, з підвищенням вмісту матриці в композиті на 25...30% корозійна стійкість зростає в 2–4 рази. Таким чином, при розробці корозійно-стійких ВВКМ виникає завдання вибору оптимального співвідношення в композиті волокна і матриці. Експериментально підтверджено, що силіціювання ВВКМ з використанням розроблених у ННЦ ХФТІ методів дозволяє підвищити ресурс роботи виробів у модельованих аварійних умовах у 7–7,5 разів.

Проведены исследования коррозионной стойкости углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ) в агрессивных средах (модельный солевой теплоноситель NaF+ZrF₄) при температуре 700°С в потоке воздуха. Показано, что УУКМ является стойким по отношению к модельному теплоносителю даже в условиях аварийных температур, а основным механизмом, ответственным за коррозию УУКМ, есть механизм окисления композиционного материала при контакте с атмосферной средой. Проведенные исследования наглядно подтвердили, что скорость выгорания УУКМ четко коррелирует с содержанием в композите пироуглеродной матрицы, с повышением содержания матрицы в композите на 25…30% коррозионная стойкость возрастает в 2–4 раза. Таким образом, при разработке коррозионно-стойких УУКМ возникает задача выбора оптимального соотношения в композите волокна и матрицы. Экспериментально подтверждено, что силицирование УУКМ с использованием разработанных в ННЦ ХФТИ методов позволяет повысить ресурс работы изделий в моделируемых аварийных условиях в 7–7,5 раза.