Metall matritsali kompozitsion materiallar. Yuqori haroratlarda ishlash uchun metall matritsalar qo'llaniladi.
Metall CMlar polimerlarga nisbatan bir qator afzalliklarga ega. Yuqori ish haroratiga qo'shimcha ravishda, ular yaxshi izotropiya va ish paytida xususiyatlarning barqarorligi, eroziyaga chidamliligi bilan ajralib turadi.
Metall matritsalarning plastikligi strukturaga kerakli yopishqoqlikni beradi. Bu mahalliy mexanik yuklarni tez tenglashtirishga yordam beradi.
Metall CMlarning muhim afzalligi - bu ishlab chiqarish jarayonining yuqori ishlab chiqarish qobiliyati, qoliplash, issiqlik bilan ishlov berish, bo'g'inlar va qoplamalarni shakllantirish.
Metallga asoslangan kompozit materiallarning afzalligi matritsaning xususiyatlariga bog'liq bo'lgan xususiyatlarning yuqori qiymatlari. Bular, birinchi navbatda, mustahkamlovchi tolalar o'qiga perpendikulyar yo'nalishda taranglikda cho'zilish kuchi va elastiklik moduli, siqish va egilish mustahkamligi, plastiklik va sinish chidamliligi. Bundan tashqari, metall matritsaga ega kompozit materiallar metall bo'lmagan asosga ega bo'lgan materiallarga qaraganda yuqori haroratlarda mustahkamlik xususiyatlarini saqlab qoladi. Ular namlikka ko'proq chidamli, yonmaydi, elektr o'tkazuvchanligiga ega.Metal CMlarning yuqori elektr o'tkazuvchanligi ularni elektromagnit nurlanishdan, chaqmoqlardan yaxshi himoya qiladi va statik elektr tokining xavfini kamaytiradi. Metall CM ning yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi mahalliy qizib ketishdan himoya qiladi, bu kabi mahsulotlar uchun ayniqsa muhimdir raketa uchlari va qanotning etakchi qirralari.
Metall kompozit materiallarning matritsalari uchun eng istiqbolli materiallar past zichlikdagi metallar (A1, Mg, Ti) va ular asosidagi qotishmalar, shuningdek, hozirgi vaqtda issiqlikka chidamli qotishmalarning asosiy komponenti sifatida keng qo'llaniladigan nikeldir.
Kompozitlar turli usullar bilan olinadi. Bularga suyuq alyuminiy va magniy eritmalari bilan tolalar to'plamini singdirish, plazma purkash, issiq presslash usullarini qo'llash, ba'zan gidroekstruziya yoki ignabargli prokatdan foydalanish kiradi. Uzluksiz tolalar bilan mustahkamlashda alyuminiy folga va tolalarning o'zgaruvchan qatlamlaridan tashkil topgan "sendvich" kompozitsiyalari, prokat, issiq presslash, portlash payvandlash, diffuziya payvandlash qo'llaniladi. Yuqori quvvatli tolalar bilan mustahkamlangan bar va quvurlarni quyish suyuq metall fazadan olinadi. Elyaf to'plami doimiy ravishda eritilgan vannadan o'tadi va suyuq alyuminiy yoki magniy bilan bosim ostida singdiriladi. Emdirish vannasidan chiqayotganda tolalar birlashtiriladi va shpinnerdan o'tib, novda yoki naycha hosil qiladi. Bu usul kompozitsiyani tolalar bilan maksimal darajada to'ldirishni (85% gacha), ularning kesmada bir xil taqsimlanishini va jarayonning uzluksizligini ta'minlaydi.
Alyuminiy matritsali materiallar. Alyuminiy matritsasi bo'lgan materiallar asosan po'lat sim (SAS), bor tolasi (VKA) va uglerod tolasi (VKU) bilan mustahkamlanadi. Matritsa sifatida ikkala texnik alyuminiy (masalan, AD1) va qotishmalar (AMg6, V95, D20 va boshqalar) ishlatiladi.
Matritsa sifatida issiqlik bilan ishlov berish (söndürme va qarish) bilan qotib qolgan qotishma (masalan, B95) kompozitsiyani mustahkamlashning qo'shimcha samarasini beradi. Biroq, tolalar o'qi yo'nalishi bo'yicha u kichik, ko'ndalang yo'nalishda esa, xususiyatlar asosan matritsaning xususiyatlari bilan belgilanadi, u 50% ga etadi.
Eng arzon, ancha samarali va arzon mustahkamlovchi material yuqori mustahkam po'lat simdir. Shunday qilib, texnik alyuminiyni diametri 0,15 mm (s = 3600 MPa) bo'lgan VNS9 po'latdan yasalgan sim bilan mustahkamlash tolaning hajmi 25% bo'lgan holda uning mustahkamligini 10-12 marta va tarkibi 40% gacha ko'tarilganda 14-15 marta oshiradi, shundan so'ng kuchlanish quvvati mos ravishda 1200 MPa va 1200 MPa ga etadi. Agar mustahkamlash uchun kichikroq diametrli sim, ya'ni katta quvvat (s = 4200 MPa) ishlatilsa, kompozit materialning kuchlanish kuchi 1750 MPa ga oshadi. Shunday qilib, po'lat sim bilan mustahkamlangan alyuminiy (25-40%) asosiy xususiyatlar bo'yicha hatto yuqori quvvatli alyuminiy qotishmalaridan ham sezilarli darajada oshib ketadi va titanium qotishmalarining tegishli xususiyatlari darajasiga etadi. Kompozitsiyalarning zichligi 3900-4800 kg / m 3 oralig'ida.
Alyuminiy va uning qotishmalarini qimmatroq B, C, A1 2 Oe tolalari bilan mustahkamlash kompozitsion materiallarning narxini oshiradi, lekin ba'zi xususiyatlar yanada samarali yaxshilanadi: masalan, bor tolalari bilan mustahkamlanganda elastiklik moduli 3-4 marta oshadi, uglerod tolalari zichlikni kamaytirishga yordam beradi. Bor harorat oshishi bilan ozgina zaiflashadi, shuning uchun bor tolalari bilan mustahkamlangan kompozitsiyalar 400-500 ° S gacha yuqori quvvatni saqlaydi. 50 vol.% uzluksiz yuqori quvvatli va yuqori modulli bor tolalarini (VKA-1) o'z ichiga olgan material sanoatda qo'llanilishini topdi. Elastiklik moduli va 20-500 ° C harorat oralig'ida kuchlanish kuchi bo'yicha u barcha standart alyuminiy qotishmalaridan, shu jumladan yuqori quvvatli (B95) va yuqori haroratlarda ishlash uchun maxsus mo'ljallangan qotishmalardan (AK4-1) ustundir. bu rasmda aniq ko'rsatilgan. 13.35. Materialning yuqori damping qobiliyati undan tayyorlangan tuzilmalarning tebranish qarshiligini ta'minlaydi. Qotishma zichligi 2650 kg / m 3, o'ziga xos quvvati 45 km. Bu yuqori quvvatli po'latlar va titanium qotishmalariga qaraganda sezilarli darajada yuqori.
Hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, VKA-1 dan mustahkamlovchi elementlar bilan samolyot qanotlarini ishlab chiqarishda V95 qotishmasini titanium qotishmasi bilan almashtirish uning qattiqligini 45% ga oshiradi va og'irlikni taxminan 42% ga tejaydi.
Uglerod tolalari (CFC) bilan mustahkamlangan alyuminiy asosidagi kompozit materiallar bor tolali materiallarga qaraganda arzonroq va engilroq. Va ular kuch jihatidan ikkinchisidan past bo'lsa-da, ular yaqin o'ziga xos kuchga ega (42 km). Shu bilan birga, uglerodli sertleştirici bilan kompozit materiallarni ishlab chiqarish isitish vaqtida uglerodning metall matritsalar bilan o'zaro ta'siri tufayli katta texnologik qiyinchiliklar bilan bog'liq bo'lib, bu materialning mustahkamligini pasayishiga olib keladi. Ushbu kamchilikni bartaraf etish uchun uglerod tolalarining maxsus qoplamalari qo'llaniladi.
Magniy matritsasi bo'lgan materiallar. Magniy matritsasi (MCM) bo'lgan materiallar alyuminiyga qaraganda pastroq zichlik (1800-2200 kg / m3) bilan tavsiflanadi, taxminan bir xil yuqori quvvatga ega 1000-1200 MPa va shuning uchun yuqori o'ziga xos kuch. Bor tolasi (50 vol.%) bilan mustahkamlangan zarb qilingan magniy qotishmalari (MA2 va boshqalar) o'ziga xos kuchga ega > 50 km. Magniy va uning qotishmalarining bor tolasi bilan yaxshi muvofiqligi, bir tomondan, keyinchalik kam yoki umuman ishlov berilmagan holda singdirish yo'li bilan qismlarni ishlab chiqarishga imkon beradi, boshqa tomondan, bu qismlarning yuqori haroratlarda uzoq xizmat qilish muddatini ta'minlaydi. Ushbu materiallarning o'ziga xos kuchi matritsa sifatida engil lityum bilan qotishma qotishmalaridan foydalanish, shuningdek, engilroq uglerod tolasini qo'llash orqali kuchayadi. Ammo, avval aytib o'tilganidek, uglerod tolasini joriy etish allaqachon past texnologiyali qotishmalarning texnologiyasini murakkablashtiradi. Ma'lumki, magniy va uning qotishmalari past texnologik egiluvchanlikka ega va bo'sh oksidli plyonka hosil qilish tendentsiyasiga ega.
Titan asosidagi kompozit materiallar. Titan asosidagi kompozit materiallarni yaratishda, yuqori haroratgacha qizdirish zarurati bilan bog'liq qiyinchiliklar mavjud. Yuqori haroratlarda titanium matritsasi juda faol bo'ladi; u gazni singdirish, ko'plab sertleştiriciler bilan o'zaro ta'sir qilish qobiliyatiga ega bo'ladi: bor, kremniy karbid, alyuminiy oksidi va boshqalar. Natijada reaktsiya zonalari hosil bo'ladi, tolalarning o'zi ham, umuman kompozit materiallarning mustahkamligi pasayadi. Va, bundan tashqari, yuqori harorat ko'plab mustahkamlovchi materiallarning qayta kristallanishi va yumshatilishiga olib keladi, bu esa mustahkamlashning mustahkamlovchi ta'sirini kamaytiradi. Shuning uchun, titan matritsasi bilan materiallarni mustahkamlash uchun berilliy va keramik tolalardan yasalgan o'tga chidamli oksidlar (A1 2 0 3), karbidlar (SiC), shuningdek, yuqori elastiklik moduli va yuqori qayta kristallanish harorati (Mo, W) bo'lgan o'tga chidamli metallardan yasalgan sim ishlatiladi. Bundan tashqari, mustahkamlashning maqsadi, asosan, yuqori o'ziga xos kuchni oshirish emas, balki elastik modulni oshirish va ish haroratini oshirishdir. Mo, Be va SiC tolalari bilan mustahkamlangan VT6 titanium qotishmasining mexanik xususiyatlari (6% A1, 4% V, qolganlari A1), jadvalda keltirilgan. 13.9. dan ko'rinib turganidek. stol, kremniy karbid tolalari bilan mustahkamlanganda eng samarali o'ziga xos qattiqlik ortadi.
VT6 qotishmasini molibden sim bilan mustahkamlash 800 "S gacha bo'lgan elastiklik modulining yuqori qiymatlarini saqlashga yordam beradi. Bu haroratda uning qiymati 124 GPa ga to'g'ri keladi, ya'ni 33% ga kamayadi, kuchlanish esa 420 MPa ga kamayadi, ya'ni 3 baravardan ko'proq.
Nikelga asoslangan kompozitsion materiallar. Issiqlikka chidamli CMlar keramika (SiC, Si 3 Ni 4, Al 2 O 3) va uglerod tolalari bilan mustahkamlangan nikel va kobalt qotishmalari asosida tayyorlanadi. Nikel asosidagi kompozit materiallarni (NBC) yaratishda asosiy vazifa 1000 ° C dan yuqori ish haroratini oshirishdir. Va bunday yuqori haroratlarda yaxshi quvvatni ta'minlaydigan eng yaxshi metall sertleştiricilerden biri volfram simidir. Nikel-xrom qotishmasiga 40 dan 70 vol.% gacha bo'lgan miqdorda volfram simining kiritilishi 1100 ° C haroratda 100 soat davomida mos ravishda 130 va 250 MPa quvvatni ta'minlaydi, shu kabi sharoitlarda ishlash uchun mo'ljallangan eng yaxshi mustahkamlanmagan nikel qotishmasi esa 75 MPa quvvatga ega. Armatura uchun reniy yoki gafniy bilan volfram qotishmalaridan simdan foydalanish bu ko'rsatkichni 30-50% ga oshiradi.
Kompozit materiallar sanoatning ko'plab tarmoqlarida, birinchi navbatda, aviatsiya, raketa va kosmik texnikada qo'llaniladi, bu erda mustahkamlik va qattiqlikni oshirish bilan birga tuzilmalarning massasini kamaytirish alohida ahamiyatga ega. Yuqori o'ziga xos mustahkamlik va qattiqlik xususiyatlari tufayli ular, masalan, gorizontal stabilizatorlar va samolyotlarning qanotlari, vertolyotlar pervanellari va konteynerlari, reaktiv dvigatellarning korpuslari va yonish kameralari va boshqalarni ishlab chiqarishda qo'llaniladi. Samolyot konstruktsiyalarida kompozit materiallardan foydalanish ularning og'irligini 30-40% ga kamaytirdi, parvoz tezligini oshirdi va yuk tezligini oshirdi.
Hozirgi vaqtda kompozit materiallar quvvat turbinalari (turbinalar va nozullar pichoqlari), avtomobilsozlik (avtomobil kuzovlari va muzlatgichlari, dvigatel qismlari), mashinasozlik (korpus va mashina qismlari), kimyo sanoatida (avtoklavlar, tanklar, tanklar), kemasozlik, (qayiqlarning korpuslari, qayiqlar, parvonalar) va boshqalar.
Kompozit materiallarning o'ziga xos xususiyatlari ularni elektr izolyatsion materiallar (organik tolalar), radio-shaffof qoplamalar (shisha tolalar), tekis podshipniklar (uglerod tolalari) va boshqa qismlar sifatida ishlatishga imkon beradi.
Keramika matritsali kompozitsion materiallar. Eng yuqori ish harorati uchun matritsa materiali sifatida keramika ishlatiladi. Silikat (SiO 2), aluminosilikat (Al 2 O 3 - SiO 2), aluminoborosilikat (Al 2 O 3 - B 2 O 3 - SiO 2) materiallar, alyuminiyning o'tga chidamli oksidlari (Al 2 O 3), tsirkoniy (ZrO 2), beriliy (BeO), kremniy (TiO 2) 2) va sirkoniy (ZrB 2), kremniy (SiC) va titanium (TiC) karbidlari. Keramika matritsali kompozitlar yuqori erish nuqtasiga, oksidlanishga, termal zarba va tebranishlarga chidamliligi va bosim kuchiga ega. Metall kukun qo'shilgan karbidlar va oksidlarga asoslangan keramik CMlar (< 50об. %) называются sermetlar . Keramika CMni mustahkamlash uchun kukunlarga qo'shimcha ravishda volfram, molibden, niobiy, issiqqa chidamli po'latdan metall sim, shuningdek metall bo'lmagan tolalar (keramika va uglerod) ishlatiladi. Metall simdan foydalanish mo'rt keramik matritsa yorilib ketganda CMni yo'q qilishdan himoya qiladigan plastik ramka hosil qiladi. Metall tolalar bilan mustahkamlangan seramika CM ning kamchiliklari past issiqlikka chidamlilikdir. Olovga chidamli oksidlar (1000 ° S gacha ishlatilishi mumkin), boridlar va nitridlar (2000 ° C gacha) va karbidlar (2000 ° C dan yuqori) matritsali CMlar yuqori issiqlikka chidamliligiga ega. Keramika CMlarini kremniy karbid tolalari bilan mustahkamlashda ular va matritsa o'rtasidagi yuqori bog'lanish kuchi yuqori haroratlarda oksidlanish qarshiligi bilan birgalikda erishiladi, bu ularni og'ir yuklangan qismlarni (yuqori haroratli podshipniklar, muhrlar, gaz turbinali dvigatellarning rotor pichoqlari va boshqalar) ishlab chiqarish uchun ishlatishga imkon beradi. Keramikaning asosiy kamchiliklari - plastisitning yo'qligi - keramikadagi yoriqlarning tarqalishini inhibe qiluvchi tolalarni mustahkamlash orqali ma'lum darajada qoplanadi.
Uglerod-uglerodli kompozitsion . Matritsa materiali sifatida amorf uglerod va mustahkamlovchi material sifatida kristalli uglerod (grafit) tolalaridan foydalanish 2500 ° S gacha qizdirishga bardosh beradigan kompozitsiyani yaratishga imkon berdi. Bunday uglerod-uglerodli kompozit astronavtika va atmosfera aviatsiyasi uchun istiqbolli. Uglerod matritsasining kamchiliklari mumkin bo'lgan oksidlanish va ablasyondir. Ushbu hodisalarning oldini olish uchun kompozitsiya nozik bir kremniy karbid qatlami bilan qoplangan.
Uglerod matritsasi, fizik va kimyoviy xossalari bo'yicha uglerod tolasiga o'xshash, CCCM ning termal barqarorligini ta'minlaydi
Uglerod-uglerodli kompozitlarni ishlab chiqarishning ikkita usuli eng keng tarqalgan:
1. oldindan tuzilgan uglerod tolasi blankasining polimer matritsasi karbonizatsiyasi oksidlovchi bo'lmagan muhitda yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish orqali;
2. pirokarbonning bug'lanishi, uglerod tolasi substratining teshiklarida uglevodorodlarning termal parchalanishi paytida hosil bo'ladi.
Ushbu usullarning ikkalasi ham o'zlarining afzalliklari va kamchiliklariga ega. UCCM yaratishda ular ko'pincha birlashtiriladi kompozitsiyaga kerakli xususiyatlarni berish.
Polimer matritsasining karbonlanishi. Karbonizatsiya jarayoni uglerod tolasi mahsulotini 1073 K haroratgacha oksidlovchi bo'lmagan muhitda (inert gaz, ko'mir to'ldirish va boshqalar) issiqlik bilan ishlov berishdir. Issiqlik bilan ishlov berishning maqsadi bog'lovchini koksga aylantirishdir. Karbonizatsiya jarayonida matritsaning termal destruktsiyasi sodir bo'ladi, bu vazn yo'qotishi, qisqarishi, ko'p miqdordagi teshiklarning shakllanishi va natijada kompozitning fizik-mexanik xususiyatlarining pasayishi bilan birga keladi.
Karbonizatsiya ko'pincha retortga chidamli pechlarda amalga oshiriladi. Issiqlikka chidamli qotishmadan tayyorlangan retort mahsulotni atmosfera kislorodi bilan oksidlanishdan, isitish elementlari va izolyatsiyasini esa bog'lovchining uchuvchan korroziv piroliz mahsulotlarini olishdan himoya qiladi va pechning reaktsiya hajmini bir xilda isitishni ta'minlaydi.
Karbonlanish mexanizmi va kinetikasi kimyoviy bog'lanishlarning dissotsilanish tezligi va hosil bo'lgan radikallarning rekombinatsiyasi nisbati bilan aniqlanadi. Jarayon bug'langan smolali birikmalar va gazsimon mahsulotlarni olib tashlash va uglerod atomlari bilan boyitilgan qattiq koks hosil bo'lishi bilan birga keladi. Shu sababli, karbonizatsiya jarayonida asosiy nuqta harorat-vaqt rejimini tanlash bo'lib, u bog'lovchidan koks qoldig'ining maksimal hosil bo'lishini ta'minlashi kerak, chunki karbonlashtirilgan kompozitsiyaning mexanik mustahkamligi, boshqa narsalar qatori, hosil bo'lgan koks miqdoriga bog'liq.
Mahsulotning o'lchamlari qanchalik katta bo'lsa, karbonizatsiya jarayoni uzoqroq bo'lishi kerak. Karbonizatsiya jarayonida haroratning ko'tarilish tezligi soatiga bir necha darajadan bir necha o'nlab darajagacha, karbonizatsiya jarayonining davomiyligi 300 soat yoki undan ortiq. Karbonizatsiya odatda uglerodning grafitga o'tish harorat oralig'iga mos keladigan 1073-1773 K harorat oralig'ida tugaydi.
CCCM xususiyatlari ko'p jihatdan yuqori koks qoldig'ini beruvchi sintetik organik qatronlar sifatida ishlatiladigan dastlabki bog'lovchi turiga bog'liq. Ko'pincha fenol-formaldegid qatronlari ishlab chiqarish qobiliyati, arzonligi, bu jarayonda hosil bo'lgan koks yuqori quvvatga ega bo'lganligi sababli ishlatiladi.
Fenol-formaldegid qatronlari ma'lum kamchiliklarga ega. Ularning qattiqlashishi va uchuvchi birikmalarning ajralib chiqishining polikondensatsiya xususiyatiga ega bo'lganligi sababli, bir xil zich strukturani olish qiyin. Fenol-formaldegid biriktiruvchi moddalarni karbonlashtirish jarayonida siqilish miqdori CCCM ishlab chiqarishda ishlatiladigan boshqa turdagi bog'lovchilarga qaraganda ko'proq bo'ladi, bu esa karbonlashtirilgan kompozitsiyada ichki kuchlanishlarning paydo bo'lishiga va uning fizik-mexanik xususiyatlarining pasayishiga olib keladi.
Yana zichroq koks furan bog'lovchilar tomonidan ta'minlanadi. Karbonizatsiya paytida ularning qisqarishi kamroq va koksning mustahkamligi fenol-formaldegid smolalariga qaraganda yuqori. Shuning uchun, yanada murakkab davolash aylanishiga qaramay, CCCM ishlab chiqarishda furfural, furfuriliden aseton va furil spirtiga asoslangan bog'lovchi moddalar ham qo'llaniladi.
Ko'mir va neft konlari yuqori uglerod miqdori (92-95% gacha) va yuqori koks soni tufayli uglerod matritsasini olish uchun juda istiqbolli. Qatlamning boshqa bog'lovchilarga nisbatan afzalliklari borligi va arzonligi, erituvchining texnologik jarayondan chiqarilishi, koksning yaxshi grafitlanishi va uning yuqori zichligidir. Qatlamlarning kamchiliklari orasida sezilarli porozlik hosil bo'lishi, mahsulotning deformatsiyasi, ularning tarkibida kanserogen birikmalar mavjudligi, bu esa qo'shimcha xavfsizlik choralarini talab qiladi.
Karbonlashtirilgan plastmassada qatronning termal degradatsiyasi paytida uchuvchi birikmalarning chiqishi tufayli sezilarli porozlik yuzaga keladi, bu esa CCCM ning fizik-mexanik xususiyatlarini pasaytiradi. Shu sababli, uglerod tolasini karbonlashtirish bosqichi faqat yuqori quvvat talab qilmaydigan, masalan, issiqlik izolyatsiyasi uchun past zichlikdagi CCCM ni talab qilmaydigan gözenekli materiallarni olish jarayonini yakunlaydi. Odatda, g'ovaklikni yo'qotish va zichlikni oshirish uchun karbonlashtirilgan material birlashtiruvchi bilan qayta singdiriladi va karbonlanadi (bu tsikl bir necha marta takrorlanishi mumkin). Qayta emdirish avtoklavlarda "vakuum-bosim" rejimida amalga oshiriladi, ya'ni ish qismi birinchi navbatda vakuumda isitiladi, shundan so'ng bog'lovchi etkazib beriladi va 0,6-1,0 MPa gacha bo'lgan ortiqcha bosim hosil bo'ladi. Emdirishda birlashtiruvchi moddalarning eritmalari va eritmalari qo'llaniladi va kompozitning g'ovakliligi har bir tsikl bilan kamayadi, shuning uchun yopishqoqligi past bo'lgan bog'lovchilardan foydalanish kerak. Qayta emdirish paytida siqilish darajasi bog'lovchi turiga, koks soniga, mahsulotning g'ovakliligiga va teshiklarni to'ldirish darajasiga bog'liq. Qayta emdirish paytida zichlikning oshishi bilan materialning mustahkamligi ham oshadi. Ushbu usul 1800 kg / m 3 gacha va undan yuqori zichlikdagi CCCM ni olish uchun ishlatilishi mumkin. Uglerod tolasini karbonlashtirish usuli nisbatan sodda, u murakkab uskunalarni talab qilmaydi va natijada olingan mahsulotlarning moddiy xususiyatlarining yaxshi takrorlanishini ta'minlaydi. Biroq, takroriy siqish operatsiyalariga bo'lgan ehtiyoj CCCM dan mahsulotlarni olish narxini sezilarli darajada uzaytiradi va oshiradi, bu esa ushbu usulning jiddiy kamchiliklari hisoblanadi.
tomonidan UCCM olinganidan keyin gaz fazasidan pirokarbonni cho'ktirish usuli gazsimon uglevodorod (metan, benzol, asetilen va boshqalar) yoki uglevodorod va suyultiruvchi gaz aralashmasi (inert gaz yoki vodorod) g'ovakli uglerod tolasi ramkasi orqali tarqaladi, bu erda yuqori harorat ta'sirida uglevodorod tolaning qizdirilgan yuzasida parchalanadi. Cho'kilgan pirolitik uglerod asta-sekin tolalar orasidagi bog'lovchi ko'priklarni hosil qiladi. Cho'kma kinetikasi va olingan pirolitik uglerodning tuzilishi ko'plab omillarga bog'liq: harorat, gaz oqimi, bosim, reaktsiya hajmi va boshqalar Olingan kompozitlarning xususiyatlari, shuningdek, tolaning turi va tarkibi, mustahkamlash sxemasi bilan belgilanadi.
Cho'kma jarayoni vakuumda yoki bosim ostida induksion pechlarda, shuningdek qarshilik pechlarida amalga oshiriladi.
Pirokarbon matritsasini olishning bir qancha texnologik usullari ishlab chiqilgan.
Izotermik usul bilan ish qismi bir xilda isitiladigan kameraga joylashtiriladi. Induksion pechda isitishning bir xilligi yoqilg'i elementi - grafitdan tayyorlangan susseptor yordamida ta'minlanadi. Uglevodorod gazi o'choqning pastki qismidan oziqlanadi va reaksiya hajmi va ignabargli bo'ylab tarqaladi; gazsimon reaktsiya mahsulotlari o'choq qopqog'idagi chiqish orqali chiqariladi.
Jarayon odatda 1173-1423 K haroratda va 130-2000 kPa bosimda amalga oshiriladi. Haroratni pasaytirish cho'kish tezligining pasayishiga va jarayonning haddan tashqari uzayishiga olib keladi. Haroratning ko'tarilishi pirolitik uglerodning cho'kishini tezlashtiradi, ammo bu holda gazning ish qismining asosiy qismiga tarqalishiga vaqt topa olmaydi va pirolitik uglerod sirtga yotqiziladi. Jarayonning davomiyligi yuzlab soatlarga etadi.
Izotermik usul odatda yupqa devorli qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi, chunki bu holda mahsulot yuzasiga yaqin teshiklar asosan to'ldiriladi.
Teshiklarning hajmli to'yinganligi va qalin devorli mahsulotlarni olish uchun, izotermik bo'lmagan usul, isitiladigan mandrel yoki yadro ustiga qo'yish yoki uni to'g'ridan-to'g'ri oqim bilan isitish orqali ishlov beriladigan qismda harorat gradyanini yaratishdan iborat. Uglevodorod gazi past haroratli tomondan beriladi. Pechdagi bosim odatda atmosfera bosimiga teng. Natijada, pirokarbonning cho'kishi eng issiq zonada sodir bo'ladi. Yuqori tezlikda sirt ustida oqayotgan gazning sovutish effekti harorat gradientiga erishishning asosiy usuli hisoblanadi.
Kompozitning zichligi va issiqlik o'tkazuvchanligini oshirish cho'kmaning harorat jabhasining siljishiga olib keladi, bu oxir-oqibat materialning hajmli siqilishini va yuqori zichlikdagi (1700-1800 kg / m3) mahsulotlarni ishlab chiqarishni ta'minlaydi.
Pirokarbon matritsasi bilan CCCM olishning izotermik usuli quyidagi afzalliklar bilan tavsiflanadi: xususiyatlarning yaxshi takrorlanishi; texnik dizaynning soddaligi; yuqori zichlik va yaxshi matritsali grafitizatsiya; Bir vaqtning o'zida bir nechta mahsulotni qayta ishlash imkoniyati.
Kamchiliklarga quyidagilar kiradi: past cho'kish darajasi; pirokarbonning sirtda cho'kishi; katta teshiklarni yomon to'ldirish.
Izotermik bo'lmagan usul quyidagi afzalliklarga ega: yuqori cho'kish tezligi; katta teshiklarni to'ldirish qobiliyati; mahsulotning hajmli muhri.
Uning kamchiliklari quyidagilardan iborat: murakkab apparat dizayni; faqat bitta mahsulot qayta ishlanadi; matritsaning etarli darajada zichligi va grafitizatsiyasi; mikro yoriqlar hosil bo'lishi.
3.4.4. CCCM ni yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish (grafitizatsiya). Gaz fazasidan siqilgandan keyin pirokarbonli matritsali karbonlangan plastmassalar va kompozitlarning tuzilishi nomukammaldir. Uglerod matritsasining tartiblanish darajasini tavsiflovchi qatlamlararo masofa d 002 nisbatan katta - 3,44 10 4 mkm dan yuqori va kristall o'lchamlari nisbatan kichik - odatda 5 10 -3 mkm dan oshmaydi, bu asosiy uglerod qatlamlarini ikki o'lchovli tartiblash uchun xosdir. Bundan tashqari, ishlab chiqarish jarayonida ularda ichki stresslar paydo bo'lishi mumkin, bu materiallar karbonizatsiya yoki pirokarbon yotqizish haroratidan yuqori haroratlarda ishlatilganda mahsulot strukturasining deformatsiyalari va buzilishlariga olib kelishi mumkin. Shuning uchun, agar termal jihatdan barqarorroq materialni olish kerak bo'lsa, uni yuqori haroratda qayta ishlash amalga oshiriladi. Issiqlik bilan ishlov berishning yakuniy harorati ish sharoitlari bilan belgilanadi, lekin 3273 K dan yuqori haroratlarda intensiv ravishda davom etadigan materialning sublimatsiyasi bilan chegaralanadi. Issiqlik bilan ishlov berish indüksiyon pechlarida yoki oksidlovchi bo'lmagan muhitda (grafit to'ldirish, vakuum, inert gaz) qarshilik pechlarida amalga oshiriladi. Yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish jarayonida uglerod-uglerodli materiallarning xususiyatlarining o'zgarishi ko'plab omillar bilan belgilanadi: plomba va matritsaning turi, issiqlik bilan ishlov berishning yakuniy harorati va davomiyligi, muhit turi va uning bosimi va boshqa omillar. Yuqori haroratlarda uglerod materialidagi energiya to'siqlari bartaraf etiladi, bu ko'p yadroli birikmalarning harakatlanishiga, ularning biriktirilishiga va kattaroq siqilish darajasi bilan o'zaro yo'naltirilishiga to'sqinlik qiladi.
Bu jarayonlarning davomiyligi qisqa va konversiya darajasi asosan harorat bilan belgilanadi. Shuning uchun yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish jarayonlarining davomiyligi karbonizatsiya yoki pirokarbonni cho'ktirish holatlariga qaraganda ancha qisqaroq va odatda bir necha soatni tashkil qiladi. Karbonlashtirilgan plastmassalarni yuqori haroratli issiqlik bilan ishlov berish jarayonida mahsulotning qaytarilmas deformatsiyalari yuzaga keladi, nuqsonlarni bosqichma-bosqich "davolaydi". 2473 K dan yuqori haroratlarda yaxshi grafitlangan pitch asosidagi materiallar uchun grafit tuzilishiga o'tishgacha uch o'lchovli tartibli uglerod kristallitlarining intensiv o'sishi kuzatiladi. Shu bilan birga, yomon grafitlangan polimer biriktiruvchilarga asoslangan karbonlashtirilgan plastmassalarda strukturaviy nuqsonlar 3273 K gacha saqlanib qoladi va material grafitlanmagan struktura shaklida qoladi.
Tolali kompozit metall materiallar.
Evtektik kompozitsion metall materiallar.
Sinterlash natijasida hosil bo'lgan kompozit metall materiallar.
Metall matritsadagi dispersiya bilan mustahkamlangan materiallar.
Metall matritsadagi kompozitsion materiallar.
Ma'ruza №2
Laminatsiyalangan mustahkamlangan plastmassalar
Tekstolitlar- termosetlashtiruvchi sintetik qatronlar bilan singdirilgan mato qatlamlaridan hosil bo'lgan materiallar.
Dublyajli boshlar- polietilen, polipropilen va boshqa termoplastik plitalardan iborat bo'lgan laminatlar, mato, kimyoviy bardoshli kauchuk, to'qilmagan tolali materiallar va boshqalarga asoslangan pastki qatlam bilan bog'langan.
Linolyum- pol qoplamasi uchun polimer rulonli material - alkidli qatronlar, polivinilxlorid, sintetik kauchuklar va boshqa polimerlarni o'z ichiga olgan ko'p qatlamli yoki mato asosidagi KPM.
Getinaks- termosetlashtiruvchi sintetik qatronlar bilan singdirilgan qog'ozga asoslangan laminatlangan plastmassa.
metall-plastmassa- bir yoki ikkala tomonida polietilen, floroplastik yoki polivinilxloridning polimer qoplamasi bilan ta'minlangan metall qatlamdan iborat strukturaviy material.
Yog'och laminatlari- sintetik termoset qatronlar bilan singdirilgan yog'ochdan (shpon) blankalarni "issiq" presslash natijasida olingan materiallar.
Mavzu: "METAL MATRIXASIDAGI KOMPOZIT MATERIALLAR"
CMM nomenklaturasi uchta asosiy guruhga bo'linadi: 1) zarrachalar bilan mustahkamlangan dispersiya bilan mustahkamlangan materiallar, shu jumladan chang metallurgiyasi tomonidan olingan psevdo-qotishmalar; 2) evtektik kompozit materiallar - evtektik tuzilmalarning yo'nalishli kristallanishi bilan qotishmalar; 3) diskret yoki uzluksiz tolalar bilan mustahkamlangan tolali materiallar.
Dispersiya bilan qotib qolgan materiallar
Agar kompozit hajmning 1-15% ni egallagan 1-100 nm o'lchamdagi mustahkamlash fazasining zarralari CMM metall matritsasida taqsimlangan bo'lsa, matritsa CMMga qo'llaniladigan mexanik yukning asosiy qismini idrok etadi va zarrachalarning roli dislokatsiya materiallarining harakatiga samarali qarshilik yaratish uchun kamayadi. Bunday CMMlar haroratning barqarorligi bilan ajralib turadi, buning natijasida ularning kuchi amalda haroratgacha pasaymaydi (0,7 ... 0,8) T pl, qayerda T mp - matritsaning erish harorati. Ushbu turdagi materiallar ikki guruhga bo'linadi: sinterlash va psevdomateriallar natijasida hosil bo'lgan materiallar.
Sinterlash natijasida hosil bo'lgan materiallar oksidlar, karbidlar, nitridlar va boshqa o'tga chidamli birikmalarning nozik dispersli zarralarini, shuningdek, CMM hosil bo'lganda erimaydigan va matritsada erimaydigan intermetalik birikmalarni o'z ichiga oladi. Bunday CMMlardan mahsulotlarni shakllantirish texnologiyasi kukunli metallurgiya sohasiga tegishli bo'lib, kukunli aralashmalarni olish, ularni qolipga bosish, hosil bo'lgan yarim tayyor mahsulotlarni sinterlash, blankalarni deformatsiyalash va issiqlik bilan ishlov berish operatsiyalarini o'z ichiga oladi.
Alyuminiy matritsali materiallar. Qo'llanilishini topgan alyuminiy matritsali CMlar asosan po'lat sim, bor va uglerod tolalari bilan mustahkamlanadi.Matritsasi sifatida texnik alyuminiy (masalan, AD1) va qotishmalar (B95, D20 va boshqalar) ishlatiladi.
Dispersiya bilan qotib qolgan po'latlar mustahkamlovchi komponentlar sifatida oksidlarni o'z ichiga oladi: Al 2 O 3, TiO 2, ZrO 2 va boshqalar.
Kobalt matritsasida CMM dispers qo'shimcha sifatida toriy oksidi o'z ichiga oladi, ustiga magniy matritsasi- o'z oksidlari.
Mis asosidagi materiallar, oksidlar, karbidlar, nitridlar bilan qotib, mis matritsasining yuqori elektr o'tkazuvchanligi bilan birlashtirilgan issiqlik qarshiligini oladi. Bunday CMMlar elektr kontaktlarini, rolikli payvandlash elektrodlarini, uchqunli asboblarni va boshqalarni yaratish uchun ishlatiladi.
Nikel asosidagi KMM, toriy oksidi va gafniy oksidi bilan to'ldirilgan, 1000 ° C dan yuqori haroratlarda ishlashga mo'ljallangan va samolyotsozlik, energetika va kosmik texnologiyalarda qo'llaniladi.
Pseudo-qotishma - eritmalar hosil qilmaydigan va kimyoviy birikmalarga kirmaydigan metall va metallga o'xshash fazalardan iborat dispersiya bilan mustahkamlangan CMM. Soxta qotishmalarni hosil qilish texnologiyasi chang metallurgiya sohasiga tegishli. Soxta qotishmalarni olishning yakuniy operatsiyalari qoliplarni emdirish yoki suyuq fazali sinterlashdir.
Emdirish qolipning teshiklarini yoki o'tga chidamli komponentdan tayyorlangan sinterlangan blankalarni psevdo-qotishmaning past eriydigan komponentining eritmasi bilan to'ldirishdan iborat. Emdirish gözenekli preformani eritma ichiga botirish orqali amalga oshiriladi.
Psevdo-qotishmalarning nomenklaturasi asosan tribotexnik maqsadlar uchun materiallarni o'z ichiga oladi.
W-Cu va W-Ag volfram asosidagi psevdo-qotishmalar yuqori qattiqlik, kuch va elektr o'tkazuvchanligini birlashtiradi. Ular elektr aloqalarini o'rnatish uchun ishlatiladi. Molibden (Mo - Cu) va nikel (Ni - Ag) va boshqalar asosidagi psevdo-qotishmalar bir xil maqsadga ega.
Evtektik CMMlar evtektik yoki shunga o'xshash tarkibdagi qotishmalar bo'lib, ularda metall matritsaning yo'naltirilgan kristallanishi jarayonida hosil bo'lgan yo'naltirilgan tolali yoki qatlamli kristallar mustahkamlovchi bosqich bo'lib xizmat qiladi.
Evtektik CMMlarni shakllantirish texnologiyasi shundan iboratki, namuna eritmadan doimiy tezlikda tortib olinadi va uni doimiy sovutishga majbur qiladi. Kristallanish jabhasining shakli qolipning strukturaviy elementlari tomonidan boshqariladigan chizish tezligi va issiqlik almashinuvi shartlariga bog'liq.
F iber materiallar. Tolali CMMlarni shakllantirish texnologiyasi presslash, prokatlash, birgalikda chizish, ekstruziya, payvandlash, püskürtme yoki cho'ktirish va emdirish usullarini o'z ichiga oladi.
"Issiq" presslash (isitish bilan bosish) orqali CMMlar olinadi, ularning boshlang'ich matritsasi kukunlar, plyonkalar, lentalar, choyshablar va boshqa metall yarim tayyor mahsulotlardir. Ular va mustahkamlovchi elementlar (sim, keramika, uglerod yoki boshqa tolalar) ma'lum bir tartibda press plastinka yoki qolipga joylashtiriladi va keyin havoda yoki inert atmosferada qizdirilganda presslanadi.
Rolling usuli presslash bilan bir xil komponentlarni qayta ishlaydi.
Birgalikda chizish usuli quyidagicha. Matritsa metallidan bo'shliqda teshiklar burg'ulanadi, unga mustahkamlovchi novdalar yoki simlar kiritiladi. Ish qismi isitiladi va uni siqish va chizish amalga oshiriladi, bu tavlanish bilan yakunlanadi.
Ekstruziya usuli uzluksiz va diskret tolalar bilan mustahkamlangan rodlar yoki quvurlar ko'rinishidagi mahsulotlarni ishlab chiqaradi. Matritsaning boshlang'ich materiali metall kukunlari,
Tolali CMM nomenklaturasi alyuminiy, magniy, titanium, mis, nikel, kobalt va boshqalar matritsalari bo'yicha ko'plab materiallarni o'z ichiga oladi.
Ushbu turdagi kompozit materiallar alyuminiy oksidining tarqalgan zarralari bilan mustahkamlangan alyuminiy bo'lgan SAP (sinterlangan alyuminiy kukuni) kabi materiallarni o'z ichiga oladi. Alyuminiy kukuni eritilgan metallni purkash orqali olinadi, so'ngra shar tegirmonlarida kislorod ishtirokida taxminan 1 mikron o'lchamiga qadar maydalanadi. Maydalash davomiyligi oshishi bilan kukun mayda bo'ladi va undagi alyuminiy oksidi miqdori ortadi. SAP dan mahsulot va yarim tayyor mahsulotlarni ishlab chiqarishning keyingi texnologiyasi sovuq presslash, oldindan sinterlash, issiq presslash, prokat yoki sinterlangan alyuminiy ignabargli tayyor mahsulot shaklida qo'shimcha issiqlik bilan ishlov berishni o'z ichiga oladi.
SAP tipidagi qotishmalar aviatsiya texnologiyasida 300-500 ° S gacha bo'lgan haroratlarda ishlaydigan yuqori o'ziga xos kuch va korroziyaga chidamli qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ulardan piston rodlari, kompressor pichoqlari, yonilg'i elementlarining qobiqlari va issiqlik almashinuvi quvurlari tayyorlanadi.
Alyuminiy va uning qotishmalarini po'lat sim bilan mustahkamlash ularning mustahkamligini oshiradi, elastiklik modulini, charchoqqa chidamliligini oshiradi va materialning harorat oralig'ini kengaytiradi.
Qisqa tolalar bilan mustahkamlash presslashdan so'ng gidroekstruziya yoki blankalarni siljitishdan iborat chang metallurgiya usullari bilan amalga oshiriladi. Alyuminiy folga va tolalarning o'zgaruvchan qatlamlaridan tashkil topgan sendvich tipidagi kompozitsiyalarning uzluksiz tolalari bilan mustahkamlashda prokat, issiq presslash, portlash payvandlash va diffuziya payvandlash qo'llaniladi.
Beriliy armaturasining yuqori fizik-mexanik xususiyatlarini va birinchi navbatda uning past zichligi va yuqori o'ziga xos qattiqligini amalga oshiradigan "alyuminiy - berilliy sim" kompozitsiyasi juda istiqbolli materialdir. Beriliy simli kompozitsiyalar berilliy simli va matritsali varaqlarning o'zgaruvchan qatlamlaridan paketlarni diffuziya bilan payvandlash orqali olinadi. Po'lat va berilliy simlar bilan mustahkamlangan alyuminiy qotishmalari raketa korpusining qismlari va yonilg'i baklarini tayyorlash uchun ishlatiladi.
"Alyuminiy - uglerod tolalari" kompozitsiyasida past zichlikdagi armatura va matritsaning kombinatsiyasi yuqori o'ziga xos kuch va qattiqlikka ega kompozitsion materiallarni yaratishga imkon beradi. Uglerod tolalarining kamchiliklari ularning mo'rtligi va yuqori reaktivligidir. "Alyuminiy - uglerod" tarkibi uglerod tolalarini suyuq metall bilan singdirish yoki chang metallurgiya usullari bilan olinadi. Texnologik jihatdan, alyuminiy eritmasi orqali uglerod tolalari to'plamlarini tortib olish eng osondir.
Kompozit "alyuminiy - uglerod" zamonaviy qiruvchi samolyotlarning yonilg'i baklarini loyihalashda qo'llaniladi. Materialning yuqori o'ziga xos kuchi va qattiqligi tufayli yonilg'i baklarining massasi kamayadi
o'ttiz%. Ushbu material samolyot gaz turbinali dvigatellari uchun turbinali pichoqlarni ishlab chiqarish uchun ham ishlatiladi.
UMUMIY XUSUSIYATLAR VA TASNIFI
An'anaviy ravishda ishlatiladigan metall va metall bo'lmagan materiallar asosan strukturaviy quvvat chegarasiga yetdi. Shu bilan birga, zamonaviy texnologiyalarning rivojlanishi agressiv muhit, radiatsiya, chuqur vakuum va yuqori bosim ta'sirida kuch va harorat maydonlarining murakkab kombinatsiyasida ishonchli ishlaydigan materiallarni yaratishni talab qiladi. Ko'pincha materiallarga qo'yiladigan talablar bir-biriga zid bo'lishi mumkin. Ushbu muammoni kompozit materiallar yordamida hal qilish mumkin.
kompozit material(CM) yoki kompozitsion, tuzilishi ularning har birining afzalliklaridan foydalanishga imkon beradigan, bir-biridan katta farq qiladigan o'zaro erimaydigan komponentlardan tashkil topgan ommaviy heterojen tizim deb ataladi.
Inson CMni qurish tamoyilini tabiatdan olgan. Odatda kompozit materiallar daraxt tanasi, o'simlik poyalari, odam va hayvon suyaklaridir.
CMlar heterojen xususiyatlarning berilgan kombinatsiyasiga ega bo'lish imkonini beradi: yuqori o'ziga xos kuch va qattiqlik, issiqlikka chidamlilik, aşınma qarshilik, issiqlikdan himoya qilish xususiyatlari va boshqalar. CM xususiyatlarining spektrini an'anaviy materiallar yordamida olish mumkin emas. Ulardan foydalanish ilgari erishib bo'lmaydigan, tubdan yangi dizaynlarni yaratishga imkon beradi.
CM tufayli dvigatel quvvatini oshirish, mashinalar va tuzilmalar massasini kamaytirish, transport vositalari va aerokosmik transport vositalarining og'irlik samaradorligini oshirishda yangi sifat sakrashi mumkin bo'ldi.
Ushbu sharoitlarda ishlaydigan materiallarning muhim xarakteristikalari o'ziga xos kuch s in /r va o'ziga xos qattiqlikdir E/r, bu erda s in - vaqtinchalik qarshilik, E normal elastiklik moduli, r materialning zichligi.
Yuqori quvvatli qotishmalar, qoida tariqasida, past süneklik, stressni kontsentratorlarga nisbatan yuqori sezuvchanlik va charchoq yoriqlari rivojlanishiga nisbatan nisbatan past qarshilikka ega. Kompozit materiallar ham past egiluvchanlikka ega bo'lishi mumkin bo'lsa-da, ular stress konsentratorlariga nisbatan kamroq sezgir va charchoqning buzilishiga yaxshi qarshilik ko'rsatadi. Bu yuqori quvvatli po'lat va qotishmalarda yoriqlar paydo bo'lishining turli mexanizmlari bilan bog'liq. Yuqori quvvatli po'latlarda, kritik o'lchamga etgan yoriq, keyinchalik progressiv tezlikda rivojlanadi.
Kompozit materiallarda boshqa mexanizm ishlaydi. Matritsada harakatlanuvchi yoriq matritsa-tolali interfeysda to'siqga duch keladi. Elyaflar yoriqlar rivojlanishiga to'sqinlik qiladi va ularning plastik matritsada mavjudligi sinish chidamliligining oshishiga olib keladi.
Shunday qilib, kompozit tizim konstruktiv materiallar uchun zarur bo'lgan ikkita qarama-qarshi xususiyatni birlashtiradi - yuqori quvvatli tolalar tufayli yuqori quvvat va plastik matritsa va sinish energiyasini yo'qotish mexanizmi tufayli etarli darajada sinish chidamliligi.
CMlar nisbatan plastik matritsali material bazasidan va plomba moddalari bo'lgan qattiqroq va kuchliroq qismlardan iborat. CM ning xossalari asos, plomba moddalari va ular orasidagi bog'lanish kuchiga bog'liq.
Matritsa kompozitsiyani monolitga bog'laydi, unga shakl beradi va tashqi yuklarni plomba moddalardan mustahkamlashga o'tkazishga xizmat qiladi. Asosiy materialga qarab, CMlar metall matritsa yoki metall kompozit materiallar (MCM), polimer - polimer kompozit materiallar (PCM) va keramika - keramik kompozit materiallar (CMC) bilan ajralib turadi.
CMlarni mustahkamlashda etakchi rolni ko'pincha deb ataladigan plomba moddalari o'ynaydi qattiqlashtiruvchi moddalar. Ular yuqori quvvat, qattiqlik va elastiklik moduliga ega. Kuchaytiruvchi plombalarning turiga ko'ra, CMlar bo'linadi dispersiya bilan mustahkamlangan,tolali Va qatlamli(28.2-rasm).
Guruch. 28.2. Kompozit materiallarning tuzilishi sxemalari: A) dispersiya bilan mustahkamlangan; b) tolali; V) qatlamli
Karbidlar, oksidlar, nitridlar va boshqalarning nozik, bir xil taqsimlangan, matritsa bilan o'zaro ta'sir qilmaydigan va unda fazali erish haroratigacha erimaydigan o'tga chidamli zarralari sun'iy ravishda dispersiya bilan qotib qolgan CMlarga kiritiladi. To'ldiruvchi zarrachalar qanchalik kichik bo'lsa va ular orasidagi masofa qanchalik kichik bo'lsa, CM kuchliroq bo'ladi. Elyaflardan farqli o'laroq, dispersiya bilan mustahkamlangan CMlarda, asosiy rulman elementi matritsadir. Dispers plomba zarralari ansambli materialni yuk ostida dislokatsiyalar harakatiga qarshilik tufayli mustahkamlaydi, bu plastik deformatsiyaga to'sqinlik qiladi. Dislokatsiya harakatiga samarali qarshilik matritsaning erish haroratiga qadar yaratiladi, buning natijasida dispersiya bilan mustahkamlangan CMlar yuqori issiqlikka chidamlilik va o'rmalanish qarshiligi bilan ajralib turadi.
Tolali CMda mustahkamlash har xil shakldagi tolalar bo'lishi mumkin: iplar, lentalar, turli to'quv to'rlari. Tolali CMni mustahkamlash bir o'qli, ikki va uch eksenli sxema bo'yicha amalga oshirilishi mumkin (28.3-rasm, A).
Bunday materiallarning mustahkamligi va qattiqligi asosiy yukni oladigan mustahkamlovchi tolalarning xususiyatlari bilan belgilanadi. Armatura kuchning ko'proq o'sishini beradi, ammo dispersiyani qotib qolish texnologik jihatdan osonroqdir.
Qatlamli kompozit materiallar (28.3-rasm, b) plomba va matritsa materialining o'zgaruvchan qatlamlaridan (sendvich turi) iborat. Bunday CMlardagi plomba qatlamlari turli yo'nalishlarga ega bo'lishi mumkin. Turli xil mexanik xususiyatlarga ega bo'lgan turli materiallardan plomba qatlamlarini navbat bilan ishlatish mumkin. Qatlamli kompozitsiyalar uchun odatda metall bo'lmagan materiallar ishlatiladi.
Guruch. 28.3. Elyafni mustahkamlash sxemalari ( A) va qatlamli ( b) kompozit materiallar
DISPERSIYA QATTIQLANGAN KOMPOZIT MATERIALLAR
Dispersiyani mustahkamlash vaqtida zarralar matritsadagi sirpanish jarayonlarini bloklaydi. Qattiqlashuvning samaradorligi, matritsa bilan minimal o'zaro ta'sir qilish sharti bilan, zarrachalar turiga, ularning hajm konsentratsiyasiga, shuningdek matritsada taqsimlanishning bir xilligiga bog'liq. Al 2 O 3, SiO 2, BN, SiC kabi o'tga chidamli fazalarning dispers zarralarini qo'llang, zichligi past va elastiklik moduli yuqori. CM odatda chang metallurgiyasi tomonidan ishlab chiqariladi, uning muhim afzalligi turli yo'nalishdagi xususiyatlarning izotropiyasidir.
Sanoatda odatda alyuminiy va kamdan-kam hollarda nikel asoslarida dispersiya bilan mustahkamlangan CMlar qo'llaniladi. Ushbu turdagi kompozit materiallarning xarakterli vakillari alyuminiy oksidining dispers zarralari bilan mustahkamlangan alyuminiy matritsadan iborat SAP tipidagi materiallar (sinterlangan alyuminiy kukunlari) hisoblanadi. Alyuminiy kukuni eritilgan metallni purkash orqali olinadi, so'ngra shar tegirmonlarida kislorod ishtirokida taxminan 1 mikron o'lchamiga qadar maydalanadi. Maydalash davomiyligi oshishi bilan kukun mayda bo'ladi va undagi alyuminiy oksidi miqdori ortadi. SAP dan mahsulot va yarim tayyor mahsulotlarni ishlab chiqarishning keyingi texnologiyasi sovuq presslash, oldindan sinterlash, issiq presslash, prokat yoki sinterlangan alyuminiy ignabargli tayyor mahsulot shaklida qo'shimcha issiqlik bilan ishlov berishni o'z ichiga oladi.
SAP tipidagi qotishmalar issiq holatda qoniqarli deformatsiyalanadi va 6-9% Al 2 O 3 bo'lgan qotishmalar xona haroratida ham deformatsiyalanadi. Ulardan qalinligi 0,03 mm gacha bo'lgan folga olish uchun sovuq chizish ishlatilishi mumkin. Ushbu materiallar yaxshi ishlangan va yuqori korroziyaga chidamliligiga ega.
Rossiyada ishlatiladigan SAP navlari 6-23% Al 2 O 3 ni o'z ichiga oladi. SAP-1 tarkibi 6-9, SAP-2 - 9-13, SAP-3 - 13-18% Al 2 O 3 bilan ajralib turadi. Alyuminiy oksidining hajm konsentratsiyasining oshishi bilan kompozit materiallarning mustahkamligi oshadi. Xona haroratida SAP-1 ning mustahkamlik xususiyatlari quyidagicha: s in = 280 MPa, s 0,2 = 220 MPa; SAP-3 quyidagilardan iborat: s \u003d 420 MPa, s 0,2 \u003d 340 MPa.
SAP tipidagi materiallar yuqori issiqlikka chidamliligiga ega va barcha ishlangan alyuminiy qotishmalaridan ustun turadi. 500 ° C haroratda ham ularning s 60-110 MPa dan kam emas. Issiqlikka chidamlilik dispers zarrachalarning qayta kristallanish jarayoniga sekinlashtiruvchi ta'siri bilan izohlanadi. SAP tipidagi qotishmalarning mustahkamlik xususiyatlari juda barqaror. SAP-3 tipidagi qotishmalarning 2 yil davomida uzoq muddatli mustahkamlik sinovlari xona haroratida ham, 500 ° C gacha qizdirilganda ham xususiyatlar darajasiga deyarli ta'sir ko'rsatmadi. 400 °C da SAPning kuchi qarish alyuminiy qotishmalarining kuchidan 5 baravar yuqori.
SAP tipidagi qotishmalar aviatsiya texnologiyasida 300-500 ° S gacha bo'lgan haroratlarda ishlaydigan yuqori o'ziga xos kuch va korroziyaga chidamli qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ulardan piston rodlari, kompressor pichoqlari, yonilg'i elementlarining qobiqlari va issiqlik almashinuvi quvurlari tayyorlanadi.
CM silikon karbid SiC ning dispers zarralari yordamida kukunli metallurgiyada olinadi. SiC kimyoviy birikmasi bir qator ijobiy xususiyatlarga ega: yuqori erish nuqtasi (2650 ° C dan ortiq), yuqori quvvat (taxminan 2000 MPa) va elastik modul (> 450 GPa), past zichlik (3200 kg / m 3) va yaxshi korroziyaga chidamlilik. Abraziv kremniy kukunlari ishlab chiqarish sanoat tomonidan o'zlashtirildi.
Alyuminiy qotishmasi va SiC kukunlari aralashtiriladi, past bosim ostida oldindan siqiladi, so'ngra matritsa qotishmasining erish haroratida vakuumda po'lat idishlarda issiq presslanadi, ya'ni qattiq suyuqlik holatida. Olingan ish qismi kerakli shakl va o'lchamdagi yarim tayyor mahsulotlarni olish uchun ikkilamchi deformatsiyaga uchraydi: choyshablar, novdalar, profillar va boshqalar.