Композитные материалы с керамическими матрицами
Студент гр.2503: Малышев К.А. Преподаватель: Степанов С.К.
Введение
Композитные материалы с керамическими матрицами (CMC, Ceramic Matrix Composites) представляют собой многокомпонентные материалы, в которых керамическая матрица объединена с армирующими элементами.
Отличительные характеристики
•Высокая термостойкость – выдерживают температуры выше 1000 °C без потери свойств.
•Прочность и ударная вязкость – армирующие волокна препятствуют распространению трещин.
•Коррозионная стойкость – не вступают в реакции с большинством веществ, устойчивы в агрессивных средах.
•Низкая плотность – легче металлов, что важно для авиации и автомобилестроения.
•Стабильность размеров – низкий коэффициент теплового расширения предотвращает деформации при нагреве.
Виды керамических матриц и армирующих наполнителей
Матрицы:
•Карбидокремниевая (SiC) – высокая термостойкость, применяется в авиации.
•Оксидная (Al O , ZrO ) – устойчива к химическим воздействиям, используется в медицине.
•Нитридокремниевая (Si N ) – прочная и термостойкая, применяется в двигателях.
Армирующие наполнители:
•Углеродные волокна – лёгкие, но подвержены окислению.
•Карбидокремниевые волокна – прочные и термостойкие, устойчивы к окислению.
•Оксидные волокна – химически стойкие, применяются в агрессивных средах.
Методы производства
Инфильтрация (LPI, CVI) –
заполнение пор в армирующей структуре жидкими или газовыми соединениями.
Реакционное спекание –
химическая реакция компонентов при высокой температуре.
Сол-гель метод – осаждение из раствора с последующим спеканием, обеспечивает точный контроль состава.
Применение
•Авиация и космос: тепловые щиты, элементы двигателей.
•Энергетика: компоненты турбин, теплообменники.
•Медицина: костные и зубные имплантаты.
•Машиностроение:
износостойкие детали, тормозные системы.
Преимущества и недостатки
•Преимущества:
•Высокая термостойкость и коррозионная устойчивость.
•Лёгкость и высокая удельная прочность.
•Долговечность и стабильность в экстремальных условиях.
•Недостатки:
•Хрупкость и сложность обработки.
•Высокая стоимость производства.
•Ограниченная совместимость с другими материалами.
Заключение
•Композитные материалы с керамическими матрицами
– перспективные высокотехнологичные материалы.
•Они находят применение в авиакосмической, энергетической, медицинской и машиностроительной сферах.
•Высокие эксплуатационные характеристики делают их незаменимыми в экстремальных условиях.
•Развитие технологий синтеза и обработки способствует расширению их использования в промышленности.
Источники информации
•1. В.Т. Минаков, С.С. Солнцев, Керамоматричные композиты. М.: ВИАМ,
2006.
•2. Перспективы рынка керамических матричных композитов // Ensoll URL: https://www.ensolltools.com/ru/market-prospects-of-ceramic-matrix- composites/ (дата обращения: 20.03.2025).
•3. Композиты с керамической матрицей, армированные неорганическим и органическим наполнителем / Салиева М.Г., Ташполотов Ы.Т. // Бюллетень науки и практики, Издательский центр «Наука и практика», 2025
•4. Керамические композитные матрицы на основе системы LaPO4– ZrO2: получение и свойства / Л.П. Мезенцева, А.В. Осипов, В.Л. Уголков, А.А. Акатов, Л.А. Коптелова // Физика и химия стекла СПб.: Санкт- Петербургский государственный технологический институт (технический университет), 2022, T. 48, № 1, C. 44-51.