II. Приготовление связующего:

- проверка компонентов связующего;

- приготовление смеси компонента;

III. Пропитка – это операция совмещения наполнителя со связующим путем нанесения его на поверхность арматуры и заполнения им объема между волокнами.

IV. Формование – это операция придания изделию заданной формы и размеров. Формование осуществляется на прессах контактным, вакуумным, автоклавным методами и намоткой;

V. Отверждение. В процессе отверждения связующего создается конечная структура композита, формируются его свойства и фиксируется форма изделия;

VI. Удаление оправки. По конструкции оправки делят на цельные, разборные, надувные и разрушаемые;

VII. Контроль качества изделий. Контроль качества армированных материалов проводят не только после их изготовления, но и в процессе его. Контролируют качество всех исходных компонентов, правильность проведения всех технологических операций, соответствие состава и свойств композита заданным требованиям.

Контроль качества изделия из композиционного материала включает внешний осмотр изделия для выявления наружных дефектов, проверку размеров изделия, определение физико-механических характеристик и выявление внутренних дефектов с помощью контрольной аппаратуры;

VIII. Механическая доработка и соединение с другими деталями. Если после удаления оправки размеры изделия не соответствуют заданным, его механически дорабатывают. Чаще всего подрезают торцы и фланцы, нарезают резьбу, сверлят крепежные отверстия и т.п.

Для монтажа и соединения с другими деталями в изделия из композиционных материалов часто монтируют металлические фланцы. С полимерными композитвми их соединяют клеем или на резьбе, иногда вставки закладывают в процессе формирования.

Способы получения керамических композиционных материалов.

Керамические композиционные материалы представляют собой материалы, в которых матрица состоит из керамики, а арматура из металлических или неметаллических волокнистых наполнителей.

Для изготовления керамических композитов применяют следующие методы: горячее прессование, гидростатическое прессование, прессование с последующим спеканием, центробежное, вакуумное и шликерное литье. В каждом конкретном случае необходимо оценить пригодность того или иного метода. Так, композиции, армированные металлическим волокном, изготовлять способом прессования с последующим спеканием нельзя, так как волокна препятствуют уплотнению порошка керамики, а по снятии давления прессования имеют тенденцию к восстановлению прежней формы. В результате появляются дефекты.

0. 10.5. Композиционные материалы на металлической основе

Преимуществом композиционных материалов на металлической основе являются более высокие значения характеристик, зависящих от свойств матрицы. Это прежде всего временное сопротивление и модуль упругости при растяжении в направлении, перепендикулярном оси армирующих волокон, прочность при сжатии и изгибе, пластичность, вязкость разрушения. Кроме того, композиты с металлической матрицей сохраняют свои прочностные характеристики до более высоких температур, чем многие материалы с неметаллической основой. Они более влагостойки, негорючи, обладают электропроводностью.

Таким образом, металлические композиционные материалы представляют собой такие материалы, в которых матрицей выступают металлы и их сплавы, а арматурой – металлические и неметаллические наполнители.

Рассмотрим некоторые композиционные материалы.

Композиционные материалы с алюминиевой матрицей.

Использование алюминия в качестве матричного материала обусловлено широким распространением его в технике и доступностью, разнообразными механическими характеристиками, возможностью регулировать свойства алюминиевых сплавов термической обработкой и подвергать их практически всем видам обработки давлением, литья и порошковой металлургии.

В качестве матрицы используют как технически чистый алюминий, так и его сплавы. В качестве наполнителя применяют стальную проволоку, борное волокно, углеродные волокна и дисперсные частицы.

Композиция, алюминий – стальная проволока улучшает комплекс физико-механических свойств матричной основы: повышает модуль упругости и сопротивление усталости и раширяет температурный интервал службы материала.

Композиция, алюминий – кремнеземные волокна получают, нанося их на волокна алюминиевую оболочку пропусканием их через расплав матрицы и применяя последующее горячее прссование. Данная композиция выдерживает наиболее длительные нагрузки при высоких температурах, чем материалы типа САП. Скорость ползучести этих композитов при температуре 200-300⁰С на два порядка ниже ползучести нормированной матрицы. Композиции с волокнами SiO₂ применяют при повышенных температурах.

В композиции, алюминий – бериллиевая проволока, реализуются высокие физико-механические свойства бериллиевой арматуры и в первую очередь ее низкая плотность и высокая удельная жесткость. Эти композиции обладают более высокой пластичностью, чем Al, армированный стальной арматурой и волокнами бора.

Композиция, алюминий – волокна бора дает высокую прочность и жесткость композита, а также значительное увеличение температурного уровня эксплуатации до 400-500⁰С и длительную и циклическую прочность. Типичным представителем бора-алюминиев являются материалы марки ВКА-1, ВКА-1Б.

Композиционные материалы с магниевой матрицей – отличаются малой плотностью (1,8 – 2,2 т/м³), чем алюминиевые, но имеют почти такую же высокую прочность ( МПа). В качестве матричных сплавов применяют сплавы МА2-1, МА5, МА8.

При создании данных композитов применяются углеродное, борное волокна и волокно карбида кремния.

Сравнительная оценка механических свойств композиционных материалов приведена в табл. 10.2, 10.3.

^{Таблица 10.2}

Механические свойства композиционных материалов

с металлической матрицей.

КМ	Матрица	Наполнитель		, т/м3	, МПа	, ГПа
		Материал	Количество, % (об.)
ВКА-1	Алюминий	Борное волокно	50	2,65	1200	240
ВКУ-1	Алюминий	Углеродное волокно	30-40	2,2-2,3	900-1000	270
КАС-1	Алюминий	Стальная проволока	40	4,8	1600	120
ВКМ-3	Магний	Борное волокно	45	2,2	1250	200

Таблица 10.3

Свойства композиционных материалов магний/волокно SiC

Содержание волокна, % (об.)	, МПа	, ГПа	, %
34	1000	169	0,83
37	1379	181	0,95
46	1542	210	0,88

Хорошая совместимость магния и его сплавов с борным волокном позволяет изготавливать детали методом пропитки практически без последующей механической обработки и обеспечивает большой ресурс работы деталей при повышенных температурах.

При создании композиционных материалов на титановой основе используют проволоку из бериллия, керамических тугоплавких оксидов (Al₂O₃), карбидов (SiC), а также тугоплавких металлов. Целью армирования является увеличение модуля упругости и рабочих температур. На примере механических свойств титанового сплава ВТ6, армированного волокнами Mo, Be и SiC, видно, что наиболее эффективно удельная жесткость повышается при армировании волокнами карбида кремния (таблица 10.4).

Таблица 10.4

Механические свойства композиционных материалов

на основе сплава ВТ6

Упрочнитель	Содержание упрочнителя, % (об.)	, т/м3	, МПа	, ГПа
Мо	30	6,25	1400	200
Ве	33	-	1050	168
SiC	25	4,3	910	210

Основная задача при создании композиционных материалов на никелевой основе заключается в повышении рабочих температур до 1000⁰С и более. Одним из лучших упрочнителей является вольфрамовая проволока. Введение вольфрамовой проволоки в количестве от 40 до 70% в сплав никеля с хромом, обеспечивает 130-250 МПа. Тогда как назначенный для работы в аналогичных условиях сплав имеет 75 МПа. Использование проволоки для армирования из сплавов вольфрама с рением или гафнием увеличивает этот показатель на 30-50%.