54.Состав, свойства и применение технической керамики.

Керамика - это многокомпонентный, гетерогенный материал, получаемый спеканием высокодисперсных минеральных частиц (глин, оксидов, карбидов, нитридов и др.) Конструкционную керамику получают методами порошковой металлургии. Структура технической керамики и ее свойства конструируется из составляющих ее элементов - носителей свойств. Керамические изделия выпускаются с зернистой и армированными (волоконная, слоистая) структурами. Для получения высокопрочной керамики используют ультратонкие полидисперсные порошки (диаметром несколько нм) из Si3N4, ZrO2. Обычные керамические изделия применяются в качестве огнеупорных элементов металлургического оборудования или как футеровка реактивных двигателей и плазматронов. Для получения годной конструкционной керамики важно обеспечить низкую плотность высокое сопротивление изгибу. Для этого применяют технологию горячего изостатического прессования порошков. Так снижение пористости с 25% до 5% у керамики из карбида кремния SiС повышает би с 150 до 900 МПа. Кроме того, в состав керамической смеси вводят легкоплавкие оксиды (MgO), создающие жидкую фазу при спекании, смачивающие поверхности более тугоплавкого компонента. MgO таже снижает хрупкость разрушения керамического материала на основе ZrO. Наибольшую прочность после ГИП имеет нитридная керамика (Si3N4) бв до 1030 МПа. Из высокоплотной нитридной керамики с ориентированной структурой изготавливают лопатки газотурбинных компрессоров, поршни и цилиндры двигателей. Достоинством конструкционной керамики является небольшая плотность до 4 г/см.куб.

55.Композиционные материалы на металлической основе.

Металлические композиты (МКМ) как конструкционный материал был разработан для создания авиационной и космической техники. В МКМ применяется армирование сетками трикотажного плетения из легированных сталей и УВ, кроме того применяют короткие волокна, образующие дискретную хаотично армированную среду. Такое армирование создает условия разрушения, препятствующие распространению трещины (увеличивается ее путь). Ударная вязкость при этом не понижается, а сохраняется на уровне неармированной матрицы. МКМ изготовляют методами порошковой металлургии. В углерод-углеродных композиционных материалах, полученных карбонизацией полимерной матрицы с армированием УВ, тип плетения армирующего элемента, взаимное расположение систем нитей в структуре также оказывают влияние на характер разрушения. Исходными матрицами УУКМ служат фенолформальдегидные, эпоксифенольные, кремнеорганические, полибензимидазольные полимеры.

Композиты с керамическими и силикатными матрицами изготавливают традиционными методами металлокерамики. В производстве волокнистой керамики применяют армирование волокном из нитрида бора, корунда, карбида кремния, бора, углерода и других веществ. Керамику с ориентированной структурой получают спеканием и охлаждением заготовок в сильном постоянном магнитном поле, после остывания магнитная ориентация сохраняется. Подобную структуру керамики применяют в пьезоэлементах, здесь остывание происходит в электрическом поле. Можно вызвать в керамике направленную кристаллизацию в межфазной области. Известно, например, что в некоторых керамических материалах в межфазной области образуются эвтектики, которые при охлаждении дают пластичные материалы. В результате возрастает удельная работа разрушения керамического материала. Механизм разрушения этих материалов аналогичен механизму разрушения со слоистой структурой. К числу направленно кристаллизующихся эвтектик относятся: ZrO2 - MgO, 2SiO2 - Li2O и ZrO2-MgO.

Различают две основные группы КМ с металлической матрицей:

1. Дисперсно-упрочненные. Матрица в них основной элемент, несущий все нагрузки. Дисперсные частицы являются барьером для перемещения дислокаций, т.е. упрочняющей фазой. Высокая прочность достигается при размере частиц от 10 до 500 нм, при среднем расстоянии между ними от 100 до 500 мм и объемной долей частиц не более 10%. Например материалы типа САП-1, САП-2, САП-3 (спеченный алюминиевый порошок, в котором присутствуют частицы Al₂O₃). Прочностные характеристики 300-400 МПа, отн. удл-е - 3%.

2. Волокнистые композиты. Металлическая матрица армируется металлическими или неметаллическими волокнами. Волокна делятся на дискретные (отношение длины волокна к его диаметру не более 10), и непрерывные. Чаще всего используют алюминиевые и магниевые матрицы. В качестве волокон применяют борные, углеродные, а также волокна из тугоплавких оксидов.