- •Оглавление
- •Предисловие
- •Введение
- •1. Классификация композиционных материалов
- •1.1. Цели и задачи создания композиционных материалов (км)
- •1.2. Классификация композиционных материалов по виду материала матрицы, ориентации и типу арматуры, назначению
- •1.3. Требования, предъявляемые к армирующим волокнам и материалу матриц.
- •2. Теоретические основы конструирования композиционных материалов
- •2.1. Модули нормальной упругости в направлении оси волокна и в перпендикулярном направлении
- •2.2. Коэффициент Пуассона и модуль сдвига для однонаправленно армированных композиционных материалов
- •2.3. Прочность км, армированных непрерывными и дискретными волокнами
- •2.3.1. Композиционные материалы, армированные непрерывным волокном
- •Правило смесей
- •Оптимальная объемная доля волокон
- •Удельная прочность композиции
- •Влияние ориентации волокон на прочность км
- •2.3.2. Композиционные материалы, армированные дискретными волокнами Критическая длина волокон
- •Правило смесей
- •Распределение напряжений по длине волокон
- •Статистическая модель разрушения композиционных материалов
- •2.4. Статистическая прочность композиционных материалов
- •Прочность пучка волокон
- •Анализ применимости статистической теории для оценки прочности км
- •2.5. Формирование и развитие трещин в км
- •2.6. Прочность км на сжатие
- •3. Методы контроля свойств композиционных материалов
- •3.1. Методы определения механических свойств армированных км
- •3.1.1. Растяжение
- •3.1.2. Сжатие
- •3.1.3. Сдвиг
- •3.1.4. Изгиб
- •Трехточечный изгиб
- •Чистый изгиб
- •Четырехточечный изгиб
- •3.2. Испытания кольцевых образцов
- •3.2.1. Растяжение
- •3.2.2. Сжатие
- •3.3. Анализ структуры км и механизмов ее разрушения
- •3.3.1. Микроскопический анализ
- •3.3.2. Фрактографический анализ
- •4. Межфазное взаимодействие в композиционных материалах
- •4.1. Термодинамическая и кинетическая совместимость компонентов
- •4.2. Виды межфазного взаимодействия
- •Классификация км по видам межфазного взаимодействия
- •Влияние поверхности раздела на прочность и характер разрушения
- •Критическая толщина различных покрытий для волокон бора
- •4.4. Типы связей между компонентами
- •4.5. Процессы диффузии между компонентами км
- •4.5.1. Уравнения Фика
- •4.5.2. Диффузия через плоскую поверхность Диффузия из бесконечно тонкого слоя в неограниченный образец
- •Диффузия из слоя конечной толщины 2ас в неограниченный образец
- •Диффузия в полуограниченный образец
- •Функция ошибок Гаусса, ее производные и интегралы
- •Диффузия в образце конечных размеров
- •4.5.3. Диффузия в среде со сферической симметрией
- •4.5.4. Диффузия в среде с цилиндрической симметрией
- •Диффузия в цилиндре с постоянной концентрацией на поверхности
- •Диффузионное растворение цилиндрического включения в матрице
- •4.6. Смачивание и растекание
- •4.6.1. Поверхностное натяжение
- •Коэффициенты поверхностного натяжения расплавов чистых металлов при температуре плавления.
- •4.6.2. Поверхностная энергия твердых тел
- •Свободная поверхностная энергия тел
- •4.6.3. Свободная поверхностная энергия на границе твердое тело - жидкость
- •4.6.4. Смачивание в системах «твердые металлы - жидкие металлы»
- •Условия смачивания армко-железа расплавами металлов в водороде (точка росы 223 к)
- •Условия смачивания никеля расплавами металлов в водороде
- •Условия смачивания никеля расплавами металлов в водороде
- •4.6.5. Смачивание в системах «тугоплавкие соединения - жидкие металлы»
- •Смачиваемость оксидов расплавленными металлами
- •Смачиваемость карбидов расплавленными металлами
- •Смачиваемость боридов расплавленными металлами
- •Смачиваемость нитридов расплавленными металлами
- •Смачивание графита расплавленными металлами
4.6.4. Смачивание в системах «твердые металлы - жидкие металлы»
Чистые поверхности металлов обычно хорошо смачиваются жидкими металлами, т.е. в этих системах < 90. Однако наличие оксидных пленок или других примесей на межфазной границе приводит к ухудшению смачивания. В таких случаях для улучшения смачивания нужно повышать температуру расплава, уменьшать шероховатость поверхности, проводить процесс смачивания в восстановительной атмосфере или применять специальные флюсы. Экспериментальные данные о смачивании приведены в специальной и справочной литературе. Здесь мы приведем только отдельные примеры смачивания в системе твердый металл - жидкий металл (см. таблицы 4.6 – 4.8).
Таблица 4.6
Условия смачивания армко-железа расплавами металлов в водороде (точка росы 223 к)
Смачивающий металл |
Т, К |
выд., с |
Смачивающий металл |
Т, К |
выд., с |
Алюминий Бериллий Висмут Галлий
Германий Золото Индий |
1543 1623 1433 1393 1373 1343 1373 1233 |
30 60 60 30 60 60 60 60 |
Кобальт Марганец Медь Никель Олово Свинец Серебро Сурьма |
1765 1537 1423 1743 1273 1273 1373 1013 |
30 60 60 30 60 60 60 60 |
П р и м е ч а н и е. Исследования с алюминием и бериллием проводились в вакууме. |
|||||
Таблица 4.7
Условия смачивания никеля расплавами металлов в водороде
Смачивающий металл |
Т, К |
выд., с |
Смачивающий металл |
Т, К |
выд., с |
Висмут Галлий Германий Золото Индий Лантан Марганец |
1373 1323 1273 1353 1073 1473 1533 |
60 30 60 60 60 60 30 |
Медь Олово Свинец Серебро Сурьма Церий |
1373 973 1273 1253 1073 1493 |
60 60 60 60 60 60 |
Таблица 4.8
Условия смачивания никеля расплавами металлов в водороде
Смачивающий металл |
Т, К |
выд., с |
Среда |
Смачивающий металл |
Т, К |
выд., с |
Среда |
Висмут Галлий Германий Индий Лантан |
1243 1273 1303 753 1273 |
240 180 360 120 540 |
Вакуум » Водород Вакуум Водород |
Олово Свинец Сурьма Таллий Церий |
653 753 543 1253 1293 |
300 480 60 540 600 |
Вакуум » Водород Вакуум Водород |
4.6.5. Смачивание в системах «тугоплавкие соединения - жидкие металлы»
В системах тугоплавкое соединение - жидкий металл смачивание, как было показано в разделах 4.6.1 – 4.6.4, происходит преимущественно благодаря химическому взаимодействию, которое определяется установлением химических связей между жидкостью и твердой поверхностью.
Взаимодействие жидких металлов с оксидами определяется взаимодействием металла с кислородом оксида. Твердый оксид лучше смачивается металлом, имеющим большее сродство к кислороду, чем металл в оксиде, этот металл в свою очередь лучше смачивает оксид, имеющий меньшую энергию образования (см. табл. 4.9).
Таблица 4.9
