§31 Волокнистые композиционные материалы на металлической матрице.

Волокнистые композиции состоят из металлической матрицы. В этих композитах матрицы скрепляется волокна в единый монолит. Они являются средой, передающей нагрузку на волокна. Волокна распределяются в матрице равномерно. Их содержание составляет 15-20%. Основное назначение волокнистого наполнителя состоит в упрочнении за счет армирующего эффекта. К основным волокнистым композитам на металлической матрице относятся материалы на основе алюминия, титана, магния, никеля, меди и кобальта.

Алюминиевые волокнистые композиционные материалы содержат волокна из материалов: молибден, оксид алюминия, карбид кремния, вольфрам, углерод. Также они упрочняются кварцевым и стеклянными волокнами.

Способ изготовления: горячее прессование, пропитка жидким металлом, плазменное напыление, электрическое осаждение, просто прессование, прокатка, сварка взрывом. Эти материалы обладают высокой прочностью, повышенным сопротивлением к переменным и ударным нагрузкам, высоким сопротивлением к ползучести.

Композиции алюминий – углерод производят пропиткой волокон углерода жидким алюминием. Этот материал обладает высокими упругими свойствами.

Материалы, получаемые непрерывным литьем, пропиткой жидким металлом, сваркой взрывом, обладают высокой прочностью и используются в различных отраслях промышленности.

Титановые волокнистые композиционные материалы упрочняются волокнами бора, молибдена бериллия, оксида алюминия, некоторых карбидов. Получение этих материалов требует применения высоких температур (800°-1000°С). Обычно используют процесс диффузионной сварки в вакууме под давлением. Материал отличается низкой плотностью и высокой прочностью, жаростойкостью. Используется для изготовления вентиляторов газотурбинных двигателей.

Никелевые волокнистые композиционные материалы обычно изготавливают методами порошковой металлургии путем обработки порошковой шихты с волокнами либо пропиткой волокон жидким никелем. Никелевая матрица обычно изготавливается из хромоникелевых сплавов с содержанием никеля свыше 60%. В качестве армирующих волокон обычно используют вольфрамовые волокна или тонкие проволки. Кроме методов порошковой металлургии эти композиты можно изготавливать процессами обработки материалов давлением в частности горячей прокаткой в вакууме. В этом случае используются чередующиеся слои никелевой фольги и слои укладываемых волокон. Горячая прокатка позволяет соединить исходный слоистый пакет в единый материал. Кроме этого способа используется горячее прессование. Также используется шликерное литье, когда вольфрамовые волокна заполняются суспензией порошка никеля, а последующая сушка и спекание с последующей горячей прокаткой, позволяет изготовить конечный материал. Данный композит отличается высокой прочностью в диапазоне температур от 25° до 1200°С. Используется для изготовления деталей газотурбинных двигателей.

Медные волокнистые материалы используются в электротехнической промышленности. Обычно медь армируется вольфрамовыми волокнами. Она обладае6т хорошим сочетанием прочности и электропроводности в широком диапазоне температур и используется для электроконтактов, работающих в условиях повышенного нагрева.

Для кобальтовых волокнистых материалов в качестве армирующих элементов используют молибденовые или вольфрамовые проволки, нитевидные кристаллы карбида кремния или оксида алюминия. Данный материал имеет ограниченное применение вследствие большой стоимости кобальта и используется только в случаях необходимости наличия кобальта в конструкциях повышенной прочности (например, катализатор).