- •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
Смачиваемость оксидов расплавленными металлами
Смачивающий металл |
Т, К |
Среда |
с, град |
Al2O3 |
|||
Алюминий
Висмут Германий Железо
Индий Кобальт
Марганец
Медь
Никель
Олово
Свинец
Серебро
Хром Цинк |
1173 – 1443 1213 1528 Тпл Тпл 1823 1823 1853
Тпл 1723 1803 1803 1823
1573
1373
1373 1473 1473 1473 1723
1773 1773 1773 Тпл 523 1073 623 673 1173 1273 1373 2223 723 |
Вакуум Аргон » Вакуум » Азот Вакуум Восстановительная, вакуум, инертная Вакуум Водород Аргон Вакуум Восстановительная, инертная, вакуум, углеродсодержащая Воздух Вакуум Восстановительная Инертная, воздух, углеродсодержащая Восстановительная, инертная, вакуум Гелий Аргон Вакуум Водород Восстановительная, инертная, вакуум, воздух, углеродсодержащая Вакуум Водород Гелий Вакуум Восстановительная Водород Восстановительная Водород » Вакуум Гелий Восстановительная, воздух Восстановительная |
118 – 70 170 48 90 90 139 141 90
90 125 134 114 90
0 – 20 0 – 10 90 45
90
154 141 138 136 90
128 133 140 90 90 150 90 144 133 148 150 1 – 10 90 |
Продолжение таблицы 4.9
Смачивающий металл |
Т, К |
Среда |
с, град |
BeO |
|||
Алюминий
Железо
Медь Никель
Олово Свинец Серебро
|
1273
1823 1823 1373 – 1573 1723 1773 1773 1073 – 1373 933 – 1173 1348 1348 |
Вакуум
Водород Гелий Аргон Вакуум Водород Гелий Вакуум Водород Аргон Воздух |
Металл просачивается сквозь оксид 147 127 140 – 122 128 152 146 158 – 139 138 – 134 137 90 |
Cr2O3 |
|||
Железо
|
1823 1873 |
Вакуум Аргон |
75 88 |
MgO |
|||
Алюминий Галлий Железо
Индий Натрий Никель
Олово Серебро |
1253 303 1823 1823 1833 429 673 1773 1773 1773 1773 505 1248 |
Вакуум » » Гелий Аргон Вакуум » Аргон Вакуум Водород Гелий Вакуум Аргон |
155 116 123 130 139 133 142 127 132 152 132 121 136 |
SiO2 |
|||
Железо Индий Кадмий Медь Никель Олово Ртуть Свинец Серебро |
1823 429 303 1373 1823 505 298 1073 1273 |
Азот Вакуум » Воздух Азот Вакуум Воздух Гелий » |
115 128 126 148 125 124 140 164 139 |
ThO2 |
|||
Железо
Никель
Платина Родий Серебро |
1823 1823 – 2373 2373 – 2673 1773 1773 2053 – 2513 2213 – 2273 1273 – 1573 |
Водород Гелий » Водород Гелий » » Воздух |
11 100 – 78 78 – 10 131 134 52 – 45 92 – 40 90 |
Продолжение таблицы 4.9
Смачивающий металл |
Т, К |
Среда |
с, град |
TiO2 |
|||
Железо
Кобальт Никель
Серебро |
1773 1823 1823 1773 1773 1773 1773 1773 1073 – 1373 |
Вакуум Водород Гелий, аргон Гелий Аргон Вакуум Водород Гелий Воздух |
72 84 0 109 112 104 143 120 73 |
UO2 |
|||
Алюминий Висмут Медь
Натрий
Олово Свинец
|
973 673 – 1515 1418 1448 – 1578 473 573 – 773 773 683 – 928 973 |
Вакуум Аргон » Вакуум Аргон » Вакуум Аргон Водород |
145 118 – 92 134 113 – 92 145 119 – 42 140 – 104 138 – 127 100 |
ZrO2 |
|||
Ванадий Железо
Кобальт
Никель
Платина
Родий Хром |
1983 – 2473 1823 1823 1823 1803 1803 1773 1773 1773 2073 – 2133 2133 – 2623 1243 – 2293 2123 – 2173 |
Гелий Вакуум Водород Гелий Аргон Вакуум » Водород Гелий » » » » |
48 – 28 92 111 102 117 111 118 130 120 70 – 32 32 88 – 47 90 – 40 |
Смачивание карбидов, боридов, нитридов расплавленными металлами зависит как от взаимодействия металла с углеродом (бором, азотом), так и от взаимодействия расплавленного металла с металлом тугоплавкого соединения (табл. 4.10 – 4.12). Переходные металлы лучше смачивают тугоплавкие соединения, чем непереходные. Это наблюдается также при смачивании графита (алмаза) расплавленными металлами (табл. 4.13, 4.14).
Таблица 4.10