5.8. Особенности технологического процесса получения дисперсноупрочненных композиционных материалов «хрупкая матрица – пластичный наполнитель».

На рис. 5.22 приведена последовательность технологических операций, используемых для получения дисперсноупрочненных композиционных материалов «хрупкая матрица – пластичный наполнитель». Получение композитной порошковой смеси (операция 1) возможно путем механического смешивания компонентов с использованием различного смесительного оборудования. Кроме этого, часто используются методы термического разложения смеси солей и химического осаждения из растворов (эти методы описаны ранее в разделе 5.3). При расчете смесей закладывается количественное превалирование хрупкой, керамической фазы над пластичной, металлической фазой. Вследствие этого для обеспечения прессуемости смеси возникает необходимость введения в ее состав органической связки для придания ей пластичности. Введение связки в порошковую смесь (операция 2) предполагает ее смешивание с раствором какого-либо

Рис. 5.22. Последовательность технологических операций, используемых для получения композиционных материалов «хрупкая матрица – пластичный наполнитель».

органического вещества (поливиниловый спирт, поливинилбутираль, этиленгликоль, каучук и некоторые другие вещества) с последующей сушкой для удаления растворителя. В результате выполнения этой операции каждая частица порошковой смеси покрыта тонким слоем органического вещества – пластификатора, обеспечивающего ей достаточную пластичность при прессовании. Тогда при приложении давления прессования (операция 3) к порошковой смеси, засыпанной в пресс-форму, происходит связывание ее частиц по прослойкам пластификатора. Далее, из отпрессованных изделий следует удалять органическую связку (операция 4) путем их термообработки при температуре термодиструкции или сгорания органического вещества (300 – 400⁰С). При выполнении этой операции следует принять меры по предотвращению окисления металлических частиц. Для этого применяют термообработку прессовок на воздухе в порошковой засыпке из глинозема или сажи, возможно ее проведение в вакууме. После удаления органической связки изделие является весьма непрочным, оно требует весьма осторожного обращения, поскольку частицы в его объеме удерживаются преимущественно за счет сил трения. Температура спекания композита (операция 5) лимитируется температурой спекания керамической матрицы. Оно проводится в нейтральных газовых средах (аргон, гелий) или в вакууме во избежание реакции металлической составляющей с газом. Возможно применение горячего прессования (ГП) или горячего изостатического прессования (ГИП). В этом случае технологические операции 2 – 4 можно исключить, а композитную порошковую смесь сразу поместить в графитовую пресс-форму для проведения ГП, либо в кварцевую капсулу с последующим вакуумированием для осуществления ГИП. Режим ГП и ГИП выбираются таким образом, чтобы обеспечить мелкокристаллическую структуру матрицы. Обычно применяемый режим: температура – не более 1500⁰С, давление-30 – 50 МПа, время изотермической выдержки-30 – 60 минут. При таком режиме не наблюдается значительного роста кристаллов в матрице вследствие собирательной рекристаллизации, ее прочность достаточно высока. В случае необходимости спеченный материал подвергают механической обработке (операция 6). Поскольку плотноспеченная керамическая матрица является высокотвердым материалом, то его обработка возможна только с использованием алмазного инструмента. Это особенность данного технологического процесса, связанная с тем, что расход алмазного инструмента при механической обработке композита, в основном, определяет его стоимость (на эту операцию закладывается до 80% стоимости изделия).

Отметим, что в отличие от технологии композиционных материалов «пластичная матрица – хрупкий наполнитель», в рассматриваемой технологии отсутствуют операции деформации полуфабриката и отжига для формирования оптимальной дислокационной структуры.