10. Методы изготовления км.

Важнейшими технологическими методами изготовления КМ являются:

1) пропитка армированных волокон матричным материалом;

2) формирование в пресс-форме лент упрочнителя и матрицы, получаемых намоткой;

3) холодное прессование обоих компонентов с последующим спеканием;

4) электрохимическое нанесение покрытий на волокна с последующим прессованием;

5) осаждение матрицы плазменным напылением на упрочнитель с последующим обжатием;

6) пакетная диффузионная сварка многослойных лент компонентов;

7) совместная прокатка армирующих элементов с матрицей и др.

В узлах конструкций, требующих наибольшего упрочнения, армирующие волокна располагаются по направлению приложения нагрузки. Цилиндрические изделия и другие тела вращения (например, сосуды высокого давления) армируют волокнами, ориентируя их в продольном и поперечном направлениях. Увеличение прочности и надежности в работе цилиндрических корпусов, а также уменьшение их массы достигается внешним армированием узлов конструкций высокопрочными и высокомодульными волокнами, что позволяет повысить в 1,5–2 раза удельную конструктивную прочность по сравнению с цельнометаллическими корпусами. Упрочнение материалов волокнами из тугоплавких веществ значительно повышает их жаропрочность.

Например, армирование никелевого сплава вольфрамовым волокном (проволокой) позволяет повысить его жаропрочность при 1100 °С в 2 раза. Весьма перспективны КМ, армированные нитевидными кристаллами (усами) керамических, полимерных и др. материалов. Размеры усов обычно составляют от долей до нескольких мкм по диаметру и примерно 10–15 мм по длине.

Разрабатываются КМ со специальными свойствами, например: 1) радиопрозрачными; 2) радиопоглощающими; 3) для тепловой защиты орбитальных космических аппаратов; 4) с малым коэффициентом линейного термического расширения; 5) высоким удельным модулем упругости и др.

Свойства КМ на основе алюминия и магния (прочность, модуль упругости, усталостная и длительная прочность) более чем в 2 раза (до 500 °С выше, чем у обычных сплавов). КМ на никелевой и кобальтовой основах увеличивают уровень рабочих температур с 1000 до 1200 °С, а на основе тугоплавких металлов и соединений – до 1500–2000 °С.

11. Механические свойства км

Повышение прочностных и упругих свойств материалов позволяет существенно облегчить конструкции, а увеличение рабочих температур этих материалов дает возможность повысить мощность двигателей, машин и агрегатов.

Таблица 2.1

Механические свойства волокнистых композиционных материалов с непрерывными волокнами.

Окончание табл. 2.1

Таблица 2.2

Свойства нитевидных кристаллов и непрерывных волокон.

* Максимальные значения.

12. Области применения км.

Области применения КМ многочисленны:

1) энергетическое турбостроение, автомобильная промышленность – для корпусов и деталей машин;

2) горнорудная промышленность – для бурового инструмента, буровых машин и др.;

3) металлургическая промышленность – в качестве огнеупорных материалов для футеровки печей, кожухов и др., арматуры печей, наконечников термопар;

4) строительство – для пролетов мостов, опор мостовых ферм, панелей для высотных сборных сооружений и др.;

5) химическая промышленность – для автоклавов, цистерн, аппаратов сернокислотного производства, емкостей для хранения и перевозки нефтепродуктов и др.;

6) текстильная промышленность – для деталей прядильных машин, ткацких станков и др.;

7) сельскохозяйственное машиностроение – для режущих частей плугов, дисковых косилок, деталей тракторов и др.;

8) бытовая техника – для деталей стиральных машин, лезвий бритв, рам гоночных велосипедов, деталей радиоаппаратуры и др.

Применение КМ в ряде случаев потребует создания новых методов изготовления деталей и изменения принципов конструирования деталей и узлов конструкций.