41. Классификация керамических композиционных материалов.

Матрицы керамических композиционных материалов (ККМ) получают спеканием неметаллического минерального сырья (глин, оксидов и других природных соединений).

П о в и д у с ы р ь я различают ККМ на матрице из оксидной (технической) керамики, основу которой составляют оксиды металлов (AL₂O₃, ZrO₂, CaO, MgO, UO₂ и др), и из безоксидной керамики – на основе безкислородных соединений типа карбидов (МеС), боридов (МеВ), нитридов (МеN), силицидов (МеSi).

П о с т р у к т у р н ы м п р и з н а к а м ККМ подразделяют на следующие основные группы: дисперсные, армированные, эвтектические, слоистые.

Дисперсные ККМ состоят из керамической матрицы и распределенных в ней частиц наполнителя.

Армированные ККМ содержат усиливающие элементы (арматуру) чаще всего, волокнистые, расположенные в матрице произвольно или ориентировано. В качестве арматуры применяют проволоку и сетки различного плетения на основе углеродистых, нержавеющих и мартенситостареющих сталей. Высокопрочные материалы армируют проволокой из титана, бериллия, вольфрама, молибдена. Широко используют наполнение ККМ волокнами на основе бора, карбида кремния, борсика (В/SiС), углеродными и стеклянными. Все чаще применяют армирование ККМ нитевидными кристаллами, которые получены направленной кристаллизацией Al₂O₃, SiC, AlN, TiO₂ и других соединений.

Эвтектические ККМ, чаще всего, металл-оксидные, формируются в процессе направленной кристаллизации эвтектик. Они состоят из керамический матрицы, в которой распределены выращенные в ней армирующие монокристаллы металла. Эвтектические ККМ более устойчивы при повышенных температурах, чем дисперсные.

Слоистые ККМ состоят из компонентов, расположенных в виде слоев различного состава. В состав таких материалов часто вводят металлическую фольгу. Разработана группа гранулослоистых ККМ, содержащих гранулы различных модификаторов, расположенных послойно в керамической матрице.

В зависимости о т т е х н о л о г и и п о л у ч е н и я различают спеченные и пропитанные ККМ.

43 Дисперсные керамические композиционные материалы.

Дисперсные ККМ состоят из керамической матрицы и распределенных в ней частиц наполнителя. При выборе компонентов ККМ следует учитывать, что дисперсные ККМ изотропны, а механизм их разрушения подобен механизму разрушения керамики. Дисперсные ККМ представлены в номенклатуре композитов прежде всего группой керамико-металлических материалов или керметов, состоящих из одной или нескольких керамических фаз и фазы металлов. Керметы находят применение в машиностроении, а также как специальные материалы для ядерных реакторов. Для изготовления жаропрочных деталей турбин и авиационных двигателей применяют керметы на матрице из оксида алюминия Al₂O₃ и тугоплавких металлов Мо, Nb, W, Ta, а также композиты состава Al₂O₃ – Ni(Co, Fe). Из керметов на оксидах хрома, магния, диоксидах циркония, тория и урана выполняют защитные чехлы термопар для измерения температуры при плавке металлов. Композиты на матрицах из диборидов хрома и циркония обладают высоким сопротивлением тепловому удару. Из коррозионно стойких дисперсных ККМ изготавливают детали подшипников и уплотнений насосов для перекачки агрессивных сред, клапаны насосов для нефтяных скважин, затворы магистральных трубопроводов и т.д. Развивается группа самосмазывающихся дисперсных ККМ. Необходимость их разработки обусловлена тем, что жидкие смазочные материалы неэффективны в парах трения, эксплуатируемых при воздействии высоких температур и вакуума, где надежно могут работать немногие материалы, прежде всего, керамика. Применение смазочных масел недопустимо по условиям производства в оборудовании пищевой и фармацевтической промышленности, вследствие чего многие узлы трения которого выполняют из керамических материалов. Самосмазывающие ККМ на матрицах из оксида алюминия или нитрида кремния Si₃N₄ содержат фазу графита. В ряде случаев на поверхности трения керамических деталей сверлят отверстия (диаметром 0,1…1,0 мм), которые заполняют твердыми смазочными компонентами.

Горючее для ядерных реакторов представляет собой дисперсный ККМ на матрице из тугоплавких соединений урана, плутония или тория, модифицированной оксидами-разбавителями ВеО, MgO, Al₂O₃, La₂O₃. Из ККМ изготавливают также запальные элементы реактора.

Дисперсные ККМ находят все более широкое применение в деталях машин ответственного назначения, эксплуатируемых при повышенных температурах. Так, керметы на оксидах кремния и алюминия используют для изготовления деталей двигателей внутреннего сгорания.