10.7. Слоистые композиционные материалы

Слоистые интерметаллидные композиты (СИК) представляют собой принципиально новый класс конструкционных материалов, обладающих уникальным сочетанием физических и механических свойств. Их производство оказалось возможным благодаря оптимальному конструированию структуры в виде чередующихся по толщине сплошных основных и интерметаллидных слоев.

В качестве основных слоев используются разнородные металлы из сочетаний Ti-Fe, Mg-Al, Cu-Al, Nb-Fe и др., способны за счет реактивной диффузии при нагревах образовывать интерметаллидные прослойки заданной толщины. От их объемной доли и состава зависят физические и механические свойства композитов.

Так, слоистые интерметаллидные композиты системы Ti-Fe в диапазоне рабочих температур 600⁰…850⁰С обладают жаропрочностью, превышающей в 4-9 раз жаропрочность исходных металлов, что выше жаропрочности большинства дорогостоящих высоколегированных сталей.

С помощью сварки взрывом, штамповки, вальцовки, гибки, термообработки существует возможность создавать плоские и объемные титано-стальные узлы и конструкции типа ребро-настил, тавровые и двутавровые балки и т.п.

К современным металлополимерным слоистым композитам относится материал АЛОР. Он представляет собой сочетание чередующихся, адгезионно соединенных слоев органопластика и алюминиевого сплава. Равнопрочный АЛОР имеет механические свойства на уровне алюминиевого сплава, однако за счет более низкой плотности достигается выигрыш по массе. Данный материал предназначен для изготовления элементов конструкции летательных аппаратов.

Алюмостеклопластики (СИАЛы) являются новым семейством гибридных листовых композиционных материалов, предназначенных для конструкционного использования в основных элементах летательных аппаратов. Они включают в свой состав тонкие алюминиевые листы (0,25…0,6 мм) и промежуточные тонкие слои полимерного композита (0,2…0,4 мм), состоящего из термореактивных клеевых и термопластичных связующих с высокопрочными армирующими стеклянными волокнами.

Данные материалы предназначены для замены алюминиевых конструкционных монолитных листов с целью снижения массы (на 15…40%), повышения надежности и снижения стоимости эксплуатации конструкции.

Возможности повышения рабочих температур современных жаропрочных и жаростойких сплавов на основе титана, никеля и тугоплавких металлов за счет их твердорстворного упрочнения практически исчерпаны. Поэтому большое внимание исследователей привлекают композиционные материалы на основе интерметаллидов, тугоплавких металлов, упрочненные дисперсными волочениями или непрерывными волокнами более тугоплавких, прочных и жестких, чем матрица.

Разнообразные комбинации упрочняющих фаз и матриц, способов изготовления из них композитов обеспечивают получение широкого спектра служебных свойств. Для композитов, предназначенных для длительной высокотемпературной службы, решающими моментами при выборе являются не только достигаемые высокие механические свойства, но главное, их стабильность в течение длительного времени при высоких температурах и нагрузках. Следовательно, при конструировании высокотемпературных композитов и подборе пар упрочняющая фаза – матрица большое значение приобретают не только прочность исходных материалов, их объемная доля, схема армирования, но и термическая стабильность компонентов при взаимном контакте друг с другом, т.е. механическая совместимость и физико-химическая совместимость.

Список литературы:

1. Арзамасов Б.Н. и др. Материаловедение М.Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002 г. 648 с.

2. Богданов В.В. Удивительный мир резины. М. «Знание», 1989г. 192 с.

3. Вологдин В.В. и др. Индукционная пайка М. Мшиностроение, 1989г. 72 с.

4. Волков С.С., Черняк Б.Я. Сварка пластмасс ультразвуком. М. Химия. 1986г. 256 с.

5. Волокнистые композиционные материалы/под ред. Д. Уитона и Э. Скала. Перевод с англ. М. Металлургия, 1978г. 240 с.

6. Газотермическое напыление композиционных порошков/под ред. Кулик А.Я. М. Машиностроение, 1985г. 199 с.

7. Духовской Е.А., А.М. Клейман Резина в век полимеров. М. «Знание», 1981г. 64 с.

8. Дальский А.М. и др. «Технология конструкционных материалов». М. Машиностроение, 1985 г. 448 с.

9. Ермаков С.С., Вязников Н.Ф. Порошковые стали и изделия. М. Машиностроение, 1990г. 319 с.

10. Костин П.П. Физико-механические испытания металлов, сплавов и неметаллических материалов. М. Машиностроение. 1990г. 256 с.

11. Капинос Д.М. и др. Новые композиционные материалы. Киев «Высшая школа», 1977г. 312 с.

12. Композиционные материалы/под общ. ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М. Машиностроение, 1990 г. 510 с.

13. Колесов С.Н., И.С. Колесов. Материаловедение и технология конструкционных материалов. М. Высшая школа 2004г. 519 с.

14. Колчанов П.А. Сварочные работы. Сварка, резка, пайка, наплавка. М. ИТК «Дашков и К^о», 2003г. 408 с.

15. Лашко С.В., Е.И. Врублевский Технология пайки изделий в машиностроении: справочник проектировщика. М.Машиностроение, 1993г. 464 с.

16. Лашко Н.Ф., лашко С.В. Пайка металлов. М. Машиностроение, 1987 г. 328 с.

17. Машины и оборудование кузнечно-прессового и литейного производства/под ред.Ю.А. Бочарова. М. Машиностроение, 2003г. 400 с.

18. Мусин Р.А., Конюшков Г.В. Соединение металлов с керамическими материалами М. Машиностроение, 1991г. 224 с.

19. Новые процессы деформации металлов и сплавов/под ред. А.П. Коликова и др. М. Высшая школа 1986г. 351 с.

20. Никитинский А.М. Пайка алюминия и его сплавов. М. Машиностроение, 1983г. 192 с.

21. Новые материалы. Коллектив авторов. Под научной редакцией Ю.С. Карабасова. М. МИСИС, 2002г. 736 с.

22. Онищенко В.И. и др. Технология металлов и конструкционные материалы. М. «Агроиздат», 1991 г. 479 с.

23. Порошковая металлургия и напыление покрытий/под ред. Кулик А.Я. М. Машиостроение, 1990г. 319 с.

24. Сварка, пайка, склейка и резка металлов и пластмасс. Справочник/под ред. Наймана А. и Рихтера Е. перевод с немецкого. М. «Металлургия», 1985 г. 480 с.

25. Сварка и резка материалов: Учебное пособие/под ред. Ю.В. Казакова. М. Академия, 2003г. 400 с.

26. Семенов Е.И. и др. Технология и оборудование ковки и объемной штамповки. М. Машиностроение 1978г. 311 с.

27. Технология металлов и материаловедение/под ред. Усовой Л.Ф. М. Металлургия 1987г. 800 с.

28. Титов Н.Д., Степанов Ю.А. Технология литейного производства М. Машиностроение 1985г. 400 с.

29. Технология и оборудование сварки плавлением и термической резки/под ред. А.И. Акулова. М. Машиностроение, 2003г. 696 с.

30. Чекунов И.П. Высокотемпературная пайка трубопроводов из коррозионностойкой стали. М. Машиностроение, 1988г. 80 с.

31. Шавырин В.М., В.И. Рязанцев Клеесварные конструкции. М.Машиностроение, 1981г. 168 с.