Композиты с металлической матрицей

Металлокомпозиты представляют собой чистые металлы или конструкционные сплавы, наполненные высокопрочными и высокомо­дульными непрерывными или дискретными волокнами. Ввиду того, что технологические процессы изготовления металлокомпозитов связаны с нагревом или даже расплавлением матрицы, в качестве армирующих могут быть использованы только жаропрочные и жарос­тойкие волокна. К ним относятся углеродные, борные, керамичес­кие волокна, а также проволоки из высокопрочных легированных сталей, вольфрама, молибдена, бериллия, титана и других метал­лов. Для армирования легкоплавких металлов и сплавов могут быть использованы стеклянные волокна. Армирующие волокна используют­ся в виде моноволокон, жгутов, лент, сеток различного плетения.

Композиционные материалы на основе алюминия. Это наиболее распространенные металлокомпозиты, применяемые в изде­лиях авиационной и космической техники. Они значительно превос­ходят неармированные алюминиевые сплавы по удельной прочности, жесткости, жаропрочности. В качестве матричного материала боль­ше всего используют малолегированные сплавы типа АД АМг, АМц, но могут применяться высокопрочные дуралюмины или сплавы группы В, а также силумины. Чаще всего в качестве армирующих элементов применяют волокна бора и углерода, проволоку углеродистых и ле­гированных сталей. Разработаны, но практически пока не исполь­зуются композиты, армированные проволокой бериллия, вольфрама, молибдена, волокнами карбида кремния.

Армирующие волокна, не защищенные специальными покрытиями, могут при нагреве взаимодействовать с материалом матрицы, обра­зуя хрупкие интерметаллидные фазы, снижающие прочность компози­та. Эти фазы можно обнаружить, изучая структуру композита под микроскопом. При этом можно оценить также полноту пропитки во­локон матричным сплавом по пористости, которая легко обнаружи­вается на нетравленом шлифе.

Композиционные материалы на основе магния обладают более высокими удельными характеристиками прочности и жесткос­ти благодаря более низкой, чем у алюминия, плотности. В качест­ве матриц используют литейные и деформируемые сплавы магния, технический магний, а армирующими элементами служат те же волок­на и проволоки, что и для алюминиевых композитов. Большим пре­имуществом магниевых матриц является то, что они практически не еагируют с большинством армирующих волокон даже в жидком сос­тоянии. Композиционные материалы на основе алюминиевых и маг­ниевых матриц могут эксплуатироваться при температуре до 500 С.

Композиционные материалы на основе никеля и кобаль­та предназначены для эксплуатации при высоких температурах. Их жаропрочность намного превышает лучшие современные суперсплавы.

В качестве матриц используют жаропрочные сплавы никеля и кобальта в виде тонких листов, лент и порошков. Армирующими лементами являются проволоки вольфрама, молибдена, керамичер-кие волокна.

Кроме названных металлокомпозитов, в справочной литера­туре приведены составы и свойства ВКМ на основе титана, меди, тугоплавких и легкоплавких металлов.

Определение объемной доли волокон в композите методом количественной металлографии

Методы количественной металлографии включают в себя плани­метрический, линейный и точечный методы определения фазового состава композиционного материала по объему. Рассмотрим один из них.

Линейный метод определения объемной доли волокон в композите основан на равенстве между объемной долей определяе­мой фазы и долей длины секущей линии, проходящей через эту фазу на поперечном шлифе. Анализируя структуру композиционного мате­риала, выбирают участок, характеризующий среднюю плотность из­меряемой фазы. В качестве секущей линии используют шкалу оку-лярмикрометра. Увеличение микроскопа выбирают такое, чтобы че­рез секущую линию проходило не менее четырех волокон. Объемная доля волокон V_f определяется по отношению суммарной длины отрезка случайной секущей линии, проходящей через участки волокон к полной длине секущей линии, проходящей через исследуемое по­ле. Например, для шлифа, изображенного на рис.13.1, l_f-=82 де­ления (6+11+11+10+11+11+12+10), а длина всей секущей - 100 де­лений. Следовательно, объемная доля волокон в композите равна 0,82 или 82%. Измерения проводятся не менее трех раз в разных направлениях, а результаты расчетов усредняются.

Рис. 13.1. Схема определения объемной доли волокон в композите линейным методом