Волоконні МКМ

Дисперснозміцнені МКМ

Структурною особливістю дисперснозміцнених мееталевих композитних матеріалів є спеціально введені в матеріал матриці дуже дрібні тугоплавкі частинки карбідів, оксидів, нітридів та ін., що не розчиняються в ній. Ці частинки характеризуються високою твердістю, хімічною тривкістю і модулем пружності та низькою густиною. Що дрібніші зміцнювальні частинки, менші відстані між ними й рівномірніше вони розподілені в матриці, то краще вони блокують рух дислокацій, підвищуючи міцність і жорсткість МКМ. Дисперснозміцнені МКМ можна виготовити на основі більшості застосовуваних у техніці металів і їх сплавів з використанням порошкових технологій. Металева матриця порівняно з іншими матрицями характеризується підвищеною міцністю, жорсткістю, електро- і теплопровідністю та задовільною пластичністю. У промисловості використовують дисперснозміцнені матеріали на основі алюмінію, берилію, заліза, кобальту, магнію, нікелю, вольфраму та ін.

Представником найпоширенішого виду МКМ на основі алюмінію є матеріали типу САП (спечена алюмінієва пудра). Матрицею служить алюміній, зміцнювальним компонентом — частинки оксиду алюмінію А1₂О_а. Алюмінієва пудра з частинками завбільшки 1 мкм збагачується оксидом алюмінію під час її мелення в кульових млинах, де концентрація кисню менша, ніж а атмосфері. Виготовлення виробів з порошків Аl і Аl₂О₃ відбувається завдяки пресуванню й подальшому спіканню.

Матеріали типу САП (САП-1, САП-2, САП-З) містять 6...17 % А1₂0₃. Зі збільшенням об'ємної концентрації оксиду алюмінію зростають міцність, твердість і жаростійкість і знижується пластичність САП. При температурах експлуатації 300... 500 °С САП перевищують за жаростійкістю всі дефор-мівні промислові сплави алюмінію.

САП добре деформуються у гарячому стані, обробляються різанням, легко зварюються. З них виробляють профільні напівфабрикати, листи, фольгу і штамповки. САП успішно застосовують для деталей з високою питомою міцністю й корозійною тривкістю (штоки поршнів, лопатки компресорів, труби теплообмінників).

Для металевої матриці найчастіше використовують алюміній, магній, титан, нікель, кобальт або сплави на їх основі. Армують МКМ високоміцними й високомодульними волокнами з бору, вуглецю, важкоплавких оксидів, карбідів, нітридів, а також волокнами зі сталі, берилію, вольфраму. З огляду на істотну відмінність властивостей матриці й волокон МКМ з однонапрямленими волокнами анізотропні і найміцніші вздовж волокон. Волокна за об'ємом займають в МКМ від 10 до 75 %, вони добре сприймають осьові навантаження. У зв'язку з цим орієнтація волокон повинна збігатись з напрямом найбільших напружень.

Для виготовленнл волоконних МКМ використовують рідкофазові (лиття) й твердофазові (деформування) процеси, порошкові технології тощо.

Застосування алюмінію та його сплавів марок АМц, АМг2,
АМг6, АДЗЗ, Д16, В95 та ін. для матриці пояснюється їх низькою ціною, малою густиною, доброю корозійною тривкістю.

Найпоширенішим серед МКМ є бороалюміній ВКА-1. За міцністю при кімнатній температурі він перевищує конструкційні сплави алюмінію вдвічі, а за жорсткістю — у 3,5 разу. Волокна бору, що займають у матеріалі ВКА-1 об'єм від 40 до 50 %, високоміцні (σ_в = 2800...3500 МПа). Їх недолік — підвищена крихкість і висока хімічна активність.

У МКМ алюміній-вуглецеві волокна поєднуються низька густина матриці та арматури з високою міцністю і жорсткістю волокон, внаслідок чого композит характеризується значними питомою міцністю та жорсткістю. Окрім цього, вуглецеві волокна добре проводять тепло й електричний струм. Міцність вуглецевих волокон становить 1500...3500 МПа і більше.

Армування алюмінієвих сплавів безперервними волокнами з таких важкоплавких матеріалів як бор, карбіди кремнію, оксиди алюмінію істотно підвищує жароміцність МКМ.

Із МКМ алюмінієвий сплав-волокна SіС виготовляють труби, фасонні деталі, танкові траки, поршні для двигуна автомобіля тощо.

МКМ алюмінієва матриця-металевий дріт характеризуються підвищеними міцністю, модулем пружності та втомною міцністю. Металевий дріт використовують у вигляді волокон і сітки. Звичайно застосовують дріт Ø 20...1500 мкм, з високовуглецевих або легованих сталей з межею міцності σ_в = 1800...3150 МПа. Сталевий дріт належить до найдешевших зміцнювачів.

Перспективним зміцнювальним компонентом є берилієвий дріт з високою питомою міцністю й жорсткістю. Межа міцності берилієвого дроту Ø 50 мкм становить σ_в — 1450 МПа, а густина — 1,84-10³ кг/м³.

Зі сплавів алюмінію, армованих сталевим і берилієвим дротом, виготовляють деталі корпусів ракет й паливні баки літальних апаратів,

МКМ, матрицею яких є технічний магній чи його сплави, мають високу питому міцність, а також добру хімічну тривкість до більшості матеріалів волокон. Для армування матриці використовують волокна бору, вуглецю, оксиду алюмінію, карбіду кремнію, сталевий і титановий дроти.

Відомі також магнієві композити, армовані волокнами SiС, дротом на основі титану або танталу. Всім їм властива висока хімічна стабільність.

МКМ на основі магнію, армовані сталевим дротом, мають високу міцність.

З волоконних композитних матеріалів на основі магнію виготовляють деталі літаків, космічних апаратів і ядерних реакторів.

Композитні матеріали на основі титану та його сплавів зміцнюють волокнами зі сплавів берилію, вольфраму, молібдену, бору, карбіду кремнію та оксиду алюмінію. Їх перевагою над МКМ з алюмінієвою та магнієвою матрицями є вищі температури оксидації та корозійна тривкість. Серед недоліків МКМ з титановою матрицею — порівняно висока густина, вартість і технологічні труднощі, пов'язані з виготовленням виробів,

Найважливіші в техніці МКМ на основі сплаву титану з алюмінієм іванадієм {90 % Ті, 6 % А1, 4 % V), армовані волокнами бору, берилію, карбіду кремнію. Оскільки сплави титану навіть без армування характеризуються підвищеною питомою міцністю, головна мета армування — збільшення модуля пружності й підвищення температурного інтервалу експлуатації МКМ до 700...800 °С.

МКМ на основі нікелю мають вищу окалиностійкість і жароміцність порівняно зі спеціальними нікелевими окалиностійкими й жароміцними сплавами. Зміцнювачами МКМ на нікелевій основі можуть бути волокна вуглецю, оксиду й нітриду алюмінію, карбіду й нітриду кремнію, карбіду бору та дріт з тугоплавких металів.

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Виготовлення виробів на основі рідких полімерів	\|	ПКМ з порошкоподібним зміцнювачем

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.