IV. Жидкофазное формование.

В последние годы активно ведется разработка методов литья. Основные сложности при этом состоят в необходимости смачивания волокон и избежании реакций с матрицей. Наиболее перспективным способом из множества существующих является нанесение покрытия, защищающего волокна от химических реакций и увеличивающего их смачивание. Так, для

увеличения смачиваемости волокон SiC их покрывают слоем пиролитического углерода; при этом происходит небольшая потеря механических свойств. В качестве альтернативного метода пробуют модифицировать состав металлической матрицы. Сообщается о введении лития в состав алюминиевого сплава для композита, армированного волокнами окиси алюминия марки FP Alumina. Литий улучшает смачивание волокон благодаря образованию на их поверхности шпинели Li2О 5A12О3. Заметим, что для некоторых металлов эти проблемы решить не удалось.

Например, жидкофазная технология не используется для получения композитов с титановой матрицей из-за высокой реакционной способности титана. Простейший жидкофазный метод называется смешением в расплаве; он состоит в смешении частиц, усов или коротких волокон с расплавом металла и формовании деталей по стандартной технологии литья. При смешении в расплаве трудно получить однородный материал из за разницы в плотности матрицы и наполнителя. Качество смешения улучшается при некотором охлаждении смеси вследствие увеличения вязкости матрицы, и такую модификацию метода называют реолитьем. При смешении в расплаве степень наполнения ограничена 20 %, поскольку при более высоком содержании наполнителя трудно промешать смесь из-за резкого возрастания ее вязкости. Использование реолитья ограничено еще сильнее, поскольку эта технология требует большого температурного диапазона твердения, в котором существует «мягкое» состояние смеси. В других жидкофазных процессах в форму сначала помещают так называемую волокнистую преформу, а затем подают жидкий металл, который постепенно пропитывает преформу. Если процесс проводится при атмосферном давлении, пропитка осуществляется в основном за счет сил капиллярного поднятия. Более быстро пропитка жидким металлом проводится при повышенном давлении. Для этого величина прикладываемого давления Р должна превышать силы поверхностного натяжения, обусловленные искривлением мениска жидкости во фронте распространения жидкости.

На рисунке 10 представлена микроструктура высоконаполненного КМДУ Al – SiC.

Рисунок 10

Структура высоконаполненного КМ Al – SiC_p

4.1Технологические свойства КМДУ

Для успешной реализации жидкофазной технологии важно контролировать технологические свойства, особенно вязкость и жидкотекучесть. Эффективная вязкость КМ изменяется в широком диапазоне от 0,2 до 0,8Па с в зависимости от объемной доли армирующей фазы V_p и дисперсности частиц d_p. При объемной доле более 30% вязкость резко возрастает, т.к. определяющим становится не увеличение удельной поверхности (степень развитости поверхности) S_p, т.е. поверхность армирующей фазы в единице объема, а образование системы непрерывных механических контактов между твердыми частицами. Размеры частиц при одной и той же объемной доле V_p влияют на эффективную вязкость h_эф. Через удельную поверхность S_p и количество механических контактов, т.е. межчастичное трение (рис. 2.10).

Рисунок 11

Влияние объёмной доли   (а) и дисперсности армирующей фазы   (б) на эффективную вязкость  _эф КМ на основе