6.3Технология получения керамических композиционных материалов.

Керамика– неметаллический поликристаллический материал(получаемый спеканием порошков). Существует два основных способа изготовления керамических изделий, армированных металличе­скими волокнами,— горячее прессование и шликерное литье.

Этот способ сводится к прессованию смеси керамического порошка с металлическими волокнами и последующей выдержке при температуре спекания до максимального уплотне­ния керамики. “+” Увеличивается текучесть материала и в ряде случаев получаютсяпрактически беспористые изделия, повышается прочность. Благодаря более низким температурам и меньшей длительности процесса по сравнению с обычным спеканием достигается мелкозернистая структура материала. “-“ необходимость обеспечения хорошего перемешивания керамического порошка с металлическими во­локнами.

Формование керамических изделий способом шликерного литья состоит в получении из сырьевых компонентов устойчивого литейного шликера (водные суспензии составов на основе глины), наполнения им пористой гипсовой формы и выдержки для набора массы на внутренней поверхности формы. После значительного обезвоживания массы в результате всасывания воды под действием капиллярных сил в мелкие поры гипсовой формы заготовка уменьшается в размерах (дает усадку) и приобретает прочность, достаточную для разборки формы и сушки изделия перед обжигом.

Различают два способа шликерного литья: наливной, при котором количество шликера, залитого в форму должно быть достаточно для полного формования изделия, и сливной, при котором избыточное количество шликера выливается (или отсасывается с помощью вакуума) из формы после заранее определенного времени. Первым способом чаще формуют толстостенные и сплошные изделия, например, скульптуры, вторым - большинство полых и тонкостенных изделий: посуду, вазы и т. п. В формах для наливного способа предусмотрена верхняя полость с избытком шликера, поступающего в форму по мере набора массы - так называемая прибыль.

Основным сырьевым компонентом для получения большинства керамических материалов является глина.

Принципиальными недостатками керамики являются ее хрупкость. Керамические материалы плохо работают в условиях механических или термических ударов, а также при циклических условиях нагружения. Им свойственна высокая чувствительность к надрезам. В то же время керамические материалы обладают высокой жаропрочностью, превосходной коррозионной стойкостью и малой теплопроводностью, что позволяет с успехом использовать их в качестве элементов тепловой защиты.

К основным областям применения керамических материалов относятся режущий инструмент, детали двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных двигателей.Режущая керамика характеризуется высокой твердостью, в том числе при нагреве, износостойкостью. Контейнеры для хранения радиоактивных отходов.

6.4 Композиционные материалы на неорганической матрице

Композиционные материалы с неметаллической (неорганической) матрицей нашли широкое применение. В качестве неметаллических матриц используют полимерные, углеродные и керамические материалы. Из полимерных матриц наибольшее распространение получили эпоксидная, фенолоформальдегидная и полиимидная. Матрица связывает композицию, придавая ей форму. Упрочнителями (наполнители) служат волокна: стеклянные, углеродные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитридов и др.), а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.Чем выше прочность и модуль упругости волокон, тем выше прочность и жесткость композиционного материала. По виду упрочнителя композиционные материалы классифицируют на стекловолокниты, карбоволокниты с углеродными волокнами, бороволокниты и органоволокниты.

В слоистых материалах волокна, нити, ленты, пропитанные связующим, укладываются параллельно друг другу в плоскости укладки.Можно укладывать волокна под разными углами, варьируя свойства композиционных материалов. От порядка укладки слоев по толщине пакета зависят изгибные и крутильные жесткости материала.Применяется укладка упрочнителей из трех, четырех и более нитей. Наибольшее применение имеет структура из трех взаимно перпендикулярных нитей.

Карбоволокниты (углепласты) представляют собой ком­позиции, состоящие из полимерного связующего (матрицы) и упрочнителей в виде углеродных волокон (карбоволокон).Связующими служат синтетические полимеры. Карбоволокниты отличаются высоким статическим и динамическим сопротивлением усталости, сохраняют это свойство при нормальной и очень низкой температуре (высокая теплопроводность волокна предотвращает саморазогрев материала за счет внутреннего трения). Они водо- и химически стойкие.

Карбостекловолокнитысодержат углеродные и стеклянные волокна, что удешевляет материал.

Бороволокниты представляют собой композиции из полимерного связующего и упрочнителя — борных волокон. Бороволокниты отличаются высокой прочностью при сжатии и сдвиге, низкой ползучестью, высокими твердостью и модулем упругости, теплопроводностью и электропроводимостью. В качестве матриц для получения бороволокнитов используют модифицированные эпоксидные и полиимидные связующие.

Органоволокниты представляют собой композиционные материалы, состоящие из полимерного связующего и упрочнителей в виде синтетических волокон. Органоволокниты устойчивы в агрессивных средах и во влажном климате; диэлектрические свойства высокие, а теплопроводность низкая. В комбинированных материалах наряду с синтетическими волокнами применяют минеральные (стеклянные, карбоволокна и бороволокна). Такие материалы обладают большей прочностью и жесткостью. Органоволокниты применяют в качестве изоляционного и конструкционного материала в электрорадиоиромышленности, авиационной технике, автостроении; из них изготовляют трубы, емкости для реактивов, покрытия корпусов судов и др.