Км на металлических матрицах, из керамики, силикатных стекол и углеродных материалов. Перспективы развития км.
Металлические композиты (МКМ) как конструкционный материал был разработан для создания авиационной и космической техники. В МКМ применяется армирование сетками трикотажного плетения из легированных сталей и УВ, кроме того применяют короткие волокна, образующие дискретную хаотично армированную среду. Такое армирование создает условия разрушения, препятствующие распространению трещины (увеличивается ее путь). Ударная вязкость при этом не понижается, а сохраняется на уровне неармированной матрицы. МКМ изготовляют методами порошковой металлургии. Свойства МКМ приведены в таблице. В Углерод-Углеродных композиционных материалах, полученных карбонизацией полимерной матрицы с армированием УВ, тип плетения армирующего элемента, взаимное расположение систем нитей в структуре также оказывают влияние на характер разрушения. рис. 78. 1Д структура образованна плетением двух перпендикулярных нитей волокон, 2Д - трех, а 3Д - четырех (квазиизотропный материал). Исходными матрицами УУКМ служат фенолформальдегидные, эпоксифенольные, кремнеорганические, полибензимидазольные полимеры.
Рис. 78. Диаграммы “напряжение - деформация” КМ с различными структурами.
1- 1Д, 2 - 2Д, 3 - 3Д, 4 - 3Д при 3300 К в вакууме.
Свойства типичных композитов с металлической матрицей.
Элемент матрицы |
Элемент волокна |
Объемная доля f, % |
Е, ГПА |
б0.2, Мпа |
б0.2, Мпа |
, % |
Cu |
Ta |
24 |
144 |
180 |
280 |
13.8 |
ЖС6К |
W |
45 |
... |
500 |
580 |
0.8 |
Cu |
Fe |
20 |
150 |
... |
274 |
40.7 |
Ti-Al-V |
Be |
50 |
195 |
630 |
700 |
... |
Al (В95) |
B |
50 |
200 |
1100 |
... |
0.6 |
Mg |
B |
19 |
110 |
... |
312 |
0.43 |
Ni |
Al2O3 (сапфир) |
48 |
... |
... |
249 |
... |
Ni |
УВ |
50 |
300 |
... |
1220 |
... |
Композиты с керамическими и силикатными матрицами изготавливают традиционными методами металлокерамики. В производстве волокнистой керамики применяют армирование волокном из нитрида бора, корунда, карбида кремния, бора, углерода и других веществ. Керамику с ориентированной структурой получают спеканием и охлаждением заготовок в сильном постоянном магнитном поле, после остывания магнитная ориентация сохраняется. Подобную структуру керамики применяют в пьезоэлементах, здесь остывание происходит в электрическом поле. Можно вызвать в керамике направленную кристаллизацию в межфазной области. Известно, например, что в некоторых керамических материалах в межфазной области образуются эвтектики, которые при охлаждении дают пластичные материалы. В результате возрастает удельная работа разрушения керамического материала. Механизм разрушения этих материалов аналогичен механизму разрушения со слоистой структурой. К числу направленно кристаллизующихся эвтектик относятся: ZrO2 - MgO, 2SiO2 - Li2O и ZrO2-MgO.