Карбидокремниевые волокна

Волокна на основе карбида кремния (SiC) применяют, как правило, в металлокомпозитах, работающих при высоких температурах.

Карбидокремниевые волокна имеют следующие физико-механические характеристики:

- плотность ρ = 3,3 г/см³ (т/м³);

- средняя прочность при растяжении – 2…4 ГПа;

- модуль упругости при растяжении вдоль волокна Е = 400…500 ГПа;

- модуль сдвига G = 170 ГПа;

- предельная деформация ε = 0,3…0,5%;

- температурный коэффициент линейного расширения α = 3,310^-6 1/К.

Процесс производства карбидокремниевого волокна аналогичен процессу производства бороволокна. Карбид кремния осаждается на вольфрамовую нить. Температура процесса осаждения – 1100…1200С.

Металлические волокна и проволоки

Металлические волокна или проволоки наиболее экономичны и часто являются очень эффективными армирующими материалами. Для композиционных материалов, работающих при низких и умеренных температурах, используют стальные и бериллиевые проволочные волокна; для композитов, эксплуатируемых при умеренных и высоких температурах, - вольфрамовые, молибденовые волокна и волокна из сплавов тугоплавких металлов.

Проволочные волокна из сталей

Наиболее часто для изготовления тонкой высокопрочной проволоки используют коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали аустенитного, аустенитно-мартенситного классов и мартенситно-стареющие стали. В процессе изготовления проволок по оптимальным технологиям получают проволоки со значительной степенью наклепа, иногда с мартенситной структурой, а иногда дополнительно упрочненные в процессе искусственного старения.

Свойства некоторых стальных волокон приведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Свойства некоторых стальных волокон

Марка стали	Плотность , г/см3	Диаметр, df, мкм	Модуль упругости Е , ГПа	Средняя прочность в , ГПа
Сталь ВНС-9 Мартенситно-стареющие стали Н13М10К16 Н8М18К14	7,8 8,0 8,0 8,0	100-300 – // – – // – – // –	200 200 200 200	3,5 – 3,8 2,8 3,5 –

Разупрочнение наклепанных стальных проволок происходит после выдержки при температурах 350…400С. Исключение составляют проволоки из сталей ВНС-9, Н13М10К16, Н8М18К14, сохраняющие свои прочностные свойства до температур 450…500С.

Вольфрамовые и молибденовые волокна и проволоки

Вольфрамовые волокна являются достаточно технологичными для изготовления композитов, эксплуатируемых при высоких температурах. Вольфрамовыми волокнами упрочняют жаропрочные никелевые и другие сплавы. Введение в вольфрам и сплавы на его основе дисперсных частиц (окись тория ThO₂, карбидов) или легирующих элементов (Re, Ti, V и др.) позволяет существенно повысить жаропрочность и снизить ползучесть.

Свойства некоторых волокон на основе вольфрама, молибдена и их сплавов приведены в табл. 2.6.

Для повышения длительной прочности вольфрамовых волокон при высоких температурах на их поверхность наносят распылением тонкие барьерные покрытия (4…12 мкм) из карбидов титана и гафния, окислов алюминия и гафния и др. Наиболее эффективным является покрытие карбидом гафния (HfC), позволяющее избежать рекристаллизации вольфрамовых волокон при температуре 1100…1200С в течение 1000 ч.

Сравнительная характеристика металлических волокон по удельной прочности и удельной жесткости приведена в табл. 2.7.

Таблица 2.6

Свойства некоторых волокон на основе вольфрама и молибдена

Волокна	Диаметр, мм	в, кгс/мм2	δ, %	Е, ГПа
Волокна из W	0,050 0,13 0,25 0,51 0,76	330 272 238 200 179	- 3 2,8 4,5	410
W+ 3% ThO2	0,25 0,51 0,76 1,26	216 175 152 116	0,5 0,6 1,0 0,8	410
W+26%Re	0,25	303	3,0	
Mo+5%V Mo+5%Ti	0,250 0,25 0,51 0,71	180-200 177 121 104	1,3 3,8 10,0	334

Таблица 2.7

Сравнительная характеристика металлических волокон

по удельной прочности и удельной жесткости

Проволока	tпл, С	Плот-ность , г/см3	, кгс/мм2	Е, кгс/мм2	Удельная прочность /ρ	Удель - ная жест-кость Е/ ρ
Бериллиевая Вольфрамовая Стальная Титановая	1284 3400 1500 1668	1,84 19,3 7,8 4,5	100-130 420 360-400 150-200	29 000 40 000 20 000 12 000	55-65 21 5-51 33-41	15760 2073 2564 2666