Композиционные материалы icon

Композиционные материалы




НазваКомпозиционные материалы
Сторінка3/12
Дата15.05.2013
Розмір2.79 Mb.
ТипРеферат
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

^ Химические способы получения нитевидных кристаллов. Являются наиболее распространенными в промышленности. Способы основаны на получении нитевидных кристаллов вследствие химического взаимодействия между материалом испаряемого вещества и окружающей газовой средой с образованием летучих компонентов и переносом их в зону осаждения и кристаллизации.

Основным химическим способом является восстановление различных соединений металлов. В качестве исходных соединений используют сульфиды, галогениды и оксиды.

Способ «пар-жидкость-кристалл» (ПЖК) относят также к химическим методам получения нитевидных кристаллов. Сущность способа иллюстрируется схемой роста монокристаллов кремния, приведенной на рисунке 19.

Рисунок 19 – Схема роста монокристалла кремния по механизму ПЖК: 1 – пары Si; 2 – жидкий сплав Au-Si; 3 – кремниевая подложка; 4 – монокристалл Si

На поверхность кремниевой подложки 3 наносят жидкую частицу золота, находящегося при температуре кристаллизации. В этих условиях золото растворяет кремний, образуя каплю 2 расплава золото-кремний. Пары кремния 1 поступают к поверхности подложки 3 и конденсируются в капле 2 расплава, пресыщая ее атомами кремния. Последние выделяются на границе раздела жидкость-кристалл, что и приводит к росту нитевидного кристалла 4. Поперечные размеры кристалла определяются диаметром капли расплава, а скорость роста – скоростью кристаллизации поступающего к поверхности капли вещества.

По способу ПЖК получают усы германия, арсенида и фосфида галлия.



    1. ^ Металлические проволоки


Металлические проволоки менее перспективны, чем нитевидные кристаллы, из-за большой плотности и меньшей прочности, однако поскольку производятся промышленностью в больших количествах, а также являются наиболее дешевыми и технологичными упрочнителями, их широко используют в качестве армирующих элементов, особенно для КМ на металлической основе.

^ Стальные проволоки. Стальные проволоки – один из самых доступных видов волокон, применяемых для армирования КМ.

Технологический процесс производства стальных проволок состоит из таких последовательных операций:

- термической обработки заготовки (прутка) для устране-

ния наклепа;

- травления для удаления с поверхностного слоя оксидов;

- нанесения смазочного покрытия;

- волочения;

- термической обработки проволоки для упрочнения или

придания пластичности.

В настоящее время в основном используют проволоку из коррозионно-стойких сталей классов:

- аустенитного – Х18Н9, Х18Н9Т, Х18Н10Т;

- аустенитно-мартенситного – Х17Н7Ю, Х15Н9Ю,

18Х15Н5АМ3;

- мартенситного – 3Х13, 4Х13, Х17Н2, 13Х14Н3Ф.

Большая степень пластической деформации при получении металлических проволок обуславливает большую плотность структурных дефектов и высокие прочностные характеристики Например, проволока из стали 18Х15Н5АМ3 диаметром 0,16-0,30 мм имеет предел прочности σв = 3500-4000 МПа. Высокая температура рекристаллизации обеспечивает стальной проволоке, особенно из сталей аустенитного класса, значительную прочность при высоких температурах.

^ Проволоки из тугоплавких металлов. Проволоки из тугоплавких металлов (Mo, W, Ta) изготавливают методами порошковой металлургии. Они широко применяются в качестве армирующих элементов жаропрочных матриц. Высокие прочностные характеристики таких проволок сохраняются до 1200-1500 ºС. Это увеличивает срок службы и рабочие температуры жаропрочных КМ. Недостатком наполнителя из тугоплавких металлов является их высокая плотность.

^ Бериллиевая проволока. Бериллий является одним из самых перспективных металлов для армирующих элементов в высокопрочных КМ. Это связано с его малой плотностью (1,85 т/м3) и большой удельной прочностью. Ценным свойством сильнодеформированной бериллиевой проволоки является высокая температура рекристаллизации (700 ºС). К недостаткам бериллия относят его низкую пластичность 1-2 % и высокую токсичность.

Бериллиевую проволоку получают выдавливанием литой или порошковой заготовки, заключенной в оболочку. При волочении проволок, предназначенных для получения КМ, в качестве оболочки используют материал матрицы. В этом случае отпадает необходимость обычно применяемых операций травления и полирования.

^ Непрерывные металлические волокна, получаемые из расплава. Прочностные характеристики металлических нитей, получаемых из расплавов, невысоки, но для изготовления большой группы волокнистых материалов, в которых прочность не является решающей, такие волокна вполне пригодны. Одним из методов получения непрерывных металлических нитей является метод Тейлора. Он применяется для получения тонких и сверхтонких нитей (менее 50 мкм) и заключается в совместной вытяжке металла и стекла (рис. 20).

Рисунок 20 - Схема установки для получения непрерывных металлических волокон по методу Тейлора: 1 – металлический стержень в стеклянной оболочке; 2 – механизм подачи; 3 – индукционное нагревательное устройство; 4 – намоточное устройство [12]

Метод заключается в совместной вытяжке металла и стекла. Металлический стержень 1, запаянный в стеклянную ампулу, нагревается в индукторе 3 до плавления. Стекло при этом размягчается, и в образовавшийся в ампуле капилляр устремляется металл, образуя металлическую нить в стеклянной изоляции. С помощью механизма подачи 2 и намоточного устройства 4 возможно вытягивание проволок диаметром 1-50 мкм длиной в несколько километров. Зависимость между диаметром проволоки d, скоростью подачи Vп, скоростью намотки Vн и диаметром заготовки (металлического стержня) D следующим образом:

37

Стеклянную изоляцию удаляют травлением.

Методом Тейлора получают проволоки Au, Ag, Sn, Cu, Co, Ni, Fe, а также латуни и нержавеющие стали. Получаемые волокна имеют следующую прочность, МПа: Sn – 150, Ag – 650, Cu – 400, Fe – 2800. Стоимость металлической проволоки, полученной этим методом, сравнительно невысока.



    1. ^ Неорганические поликристаллические волокна


Поликристаллические неорганические волокна, как и металлические проволоки, производятся в больших количествах. Недостатком этих волокон является очень высокая чувствительность к механическим повреждениям. Однако малая плотность, высокая прочность и химическая стойкость углеродных, борных, стеклянных, карбидокремниевых и кварцевых волокон позволяют широко их использовать для армирования пластмасс и металлов.

^ Стеклянные и кремнеземные волокна. Этот вид волокон производится в промышленных масштабах и широко используется в качестве упрочнителей КМ на основе пластиков. Из методов производства этого вида волокон широкое распространение получил метод изготовления вытягиванием их из стекломассы (рис. 21). Стеклянные шарики из бункера поступают в стеклоплавильную емкость. Отсюда расплавленная стекломасса 1 продавливается через систему фильер. Выходя из фильер, непрерывные нити 2 соединяются в прядь 4 – исходный элемент всех материалов на основе непрерывного стекловолокна - и наматываются на съемный барабан 5.

Волокна в пряди оказывают друг на друга абразивное действие, поэтому прядь обрабатывают замасливателем 3, который склеивает волокна и предотвращает их истирание. Замасливатель предотвращает также возникновение дефектов на поверхности волокон, что увеличивает их прочность. В качестве замасливателя применяют эмульсии крахмала или минерального масла.

Рисунок 21 - Схема установки для производства непрерывных стеклянных волокон вытягиванием их из расплавленной стекломассы: 1 – расплавленная стекломасса; 2 – непрерывные нити; 3 – замасливающее устройство; 4 – прядь; 5 – съемный барабан

В таблице 5 приведены составы и некоторые свойства стеклянных и базальтовых волокон. Стекловолокно характеризуется сочетанием высоких прочности, теплостойкости, диэлектрических свойств, низкой теплопроводности высокой коррозионной стойкости. Изготавливаются два вида стекловолокна: непрерывное – диаметром 3-100 мкм, длиной до 20 км и более и штапельное – диаметром 0,5-20 мкм, длиной 0,01-0,50 м. Штапельные волокна используются для изготовления КМ с однородными свойствами, а также теплозвукоизоляционных материалов; непрерывные - в основном для высокопрочных КМ на неметаллической основе. Выпускаемые в настоящее время непрерывные волокна с квадратной, прямоугольной, шестиугольной формой поперечного сечения повышают прочность и жесткость композиций благодаря более плотной упаковке в матрице.

Применение полых профилей уменьшает плотность, повышает жесткость при изгибе, прочность при сжатии КМ. Кроме этого, улучшаются их изоляционные свойства.

Главный недостаток стеклянных волокон - сравнительно большая плотность и низкий модуль упругости. Близкие по природе стеклянным базальтовые волокна, сырьем для которых является очень дешевый природный минерал, имеют похожие, но, к сожалению, часто нестабильные свойства.

Чтобы повысить стойкость стекловолокна к изгибу и увеличить их прочность на растяжение, на них наносят металлические покрытия.

Таблица 5 - Состав и свойства стеклянных и базальтовых волокон [2]

Состав, %

Тип и назначение волокна

Е

S

YM-31A

Базальтовое

Общего

назначения

Высокопрочное

Высокомодульное

SiO2

54,0

65,0

53,7

50

Al2O3

14,0

25,0

-

15

Fe2O3

0,2

-

0,5

2

СаО

17,5

-

12,9

9

MgO

4,5

10,0

9,0

5

B2O3

8,0

-

-

-

K2O

0,6

-

-

1

LiO2

-

-

3,0

-

ВеО

-

-

8,0




ТiO2

-

-

8,0

3

ZrO2

-

-

2,0

-

СеО

-

-

3,0

-

FeO

-

-

-

11

Na2O

-

-

-

3

плотность,

т/м3

2,54

2,49

2,89

-

прочность,

МПа

345

459

345

200-225

модуль

упругости,

ГПа

72,4

86,2

110

78-90

Большое значение покрытия также имеют и для обеспечения связи между волокном и матрицей в КМ. В качестве материала покрытий используют Zn, Ni, Cu и Fe. Кроме металлов, для покрытий применяют химические соединения, например, триоксид хрома, который наносят из водных растворов при комнатной температуре. При нагревании триоксид хрома переходит в тугоплавкую форму оксида хрома Cr2O3. Нанесение тугоплавких покрытий на стеклянные волокна может значительно расширить область их применения в КМ.

^ Жаропрочные поликристаллические волокна. Этот тип волокон имеет структуру спеченной безпористой керамики с неориентированными зернами, размеры которых значительно меньше размеров поперечного сечения волокна. Этот тип волокон изготавливают из наиболее прочных тугоплавких, химически и эрозионно-стойких материалов: оксида алюминия, диоксида циркония, нитрида бора и оксидных систем «оксид алюминия - оксид хрома», «оксид хрома – диоксид кремния» и др. Поликристаллические волокна имеют бóльшую прочность при растяжении, чем матрицы того же состава в массивной форме, но меньшую, чем монокристаллические «усы». По теплофизическим свойствам они практически не отличаются от массивных материалов.

Процесс изготовления поликристаллических неорганических волокон включает три этапа:

- приготовление суспензии или коллоидного раствора металлорганического соединения;

- формирование волокон продавливанием жидкости через фильеры;

- обжиг волокна для уплотнения, удаления органических веществ и стабилизации его структуры.

Свойства некоторых поликристаллических волокон приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Свойства некоторых поликристаллических волокон [12]

Материал волокна

Плотность,

т/м3

Предел прочности σв, МПа

Модуль упругости Е, ГПа

ZrO2

4,84

2100

350

BN

1,90

1400

91

B4C

2,36

2310

490

SiC

4,09

2100

490

TiB2

4,48

1050

518

BeO

3,02

1000

-

MgO

3,61

1000

-

ThO2

9,70

1000

-
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Схожі:

Композиционные материалы iconМетодические указания к выполнению студентами лабораторного практикума по дисциплинам «Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и порошковые материалы и покрытия» для специальности 090401
«Теория процессов и формирования напыленных покрытий» для специальности 090103 и «Композиционные и
Композиционные материалы iconКомпозиционные материалы на основе модифицированной коры сосны
Фгбоу впо «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», 656038, Российская Федерация, Алтайский край,...
Композиционные материалы iconМеждународная научно-практическая конференция «композиционные материалы повышенной долговечности для строительства»
Содержание доклада объемом до 5 стр на одном из языков: русском, украинском или английском, оформленного согласно требованиям, приведенным...
Композиционные материалы iconТезисы международной научно-технической конференции «Функциональные и композиционные материалы»
Збірка доповiдей VІ міжнародної наукової конференції аспірантів та студентів «Охорона навколишнього середовища та раціональне використання...
Композиционные материалы iconТребования к оформлению материалов в сборнике трудов конференции материалы до четырех полных страниц
Материалы до четырех полных страниц разместить на белой бумаге формата А4 (210х297) с полями 25 мм со всех сторон. Страницы не нумеровать....
Композиционные материалы iconДокументи
1. /Уч материалы/стр 1-62 Часть 1.doc
2. /Уч...

Композиционные материалы iconСумский государственный университет учебно-методические материалы
Учебно-методические материалы по развитию связной речи для студентов подготовительного отделения цмо / Составители: Е. А. Голованенко,...
Композиционные материалы iconОбъемно-планировочные решения зданий
Их сочетание определяет характер архитектурной композиции. Различают три основные композиционные системы, которые закладывают в основу...
Композиционные материалы iconПравила оформления материалов
Оргкомитет оставляет за собой право отклонять материалы, не соответствующие условиям конференции за стилистикой и содержанием или...
Композиционные материалы iconГосударственный стандарт союза сср система стандартов безопасности труда пожаровзрывоопасность веществ и материалов
Настоящий стандарт распространяется на простые вещества, химические соединения и их смеси в различных агрегатных состояниях и комбинациях,...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи