Композиционные материалы. Металлические композиционные материалы (МКМ) представляют собой такие материалы, в которых матрицей выступают металлы и их сплавы

Лекция 7. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

Металлические композиционные материалы (МКМ) представляют собой такие материалы, в которых матрицей выступают металлы и их сплавы, а арматурой – металлические и неметаллические волокна. Применение высокопрочных и высокомодульных волокон значительно повышает физико-механические характеристики МКМ, а использование металлической матрицы увеличивает прочность материала в направлении, перпендикулярном волокнам (трансверсальную), и прочность при сдвиге до значений, сопоставимых с аналогичными величинами металлов» так как прочность при сдвиге КМ определяется свойствами матрицы.

Металлическая матрица требует значительно более интенсивных в температурном и силовом отношении технологических методов и, кроме того, производство элементов конструкций из МКМ неразрывно связано с технологией их получения. В настоящее время на базе металлургических производств организован выпуск полуфабрикатов из МКМ в виде листов, труб и профилей.

Технологическую схему производства полуфабрикатов и деталей из МКМ можно представить следующим образом; 1) очистка поверхности волокон и матрицы - мойка, чистка, сушка, 2) объединение волокон и матрицы - сборка чередующихся слоев матричных элементов и волокон либо приготовление волокон в литейной форме под заливку матричным металлом, 3) получение компактных МКМ методами пластической деформации, порошковой металлургии или литья либо комбинацией этих методов.

Важнейшим в технологии МКМ является этап совмещения армированных волокон с матричным материалом. Способы совмещения можно разделить на твердофазные процессы, жидкофазные и процессы осаждения - напыления.

Для твердофазных методов характерно использование матрицы в твердом состоянии преимущественно в виде порошка, фольги или тонкого листа. Процесс создания МКМ заключается в сборке пакета заготовок, состоящего из чередующихся слоев матричного материала и упрочняющих волокон и последующего соединения компонентов между собой различными методами - диффузионной сваркой, сваркой взрывом, пластическим деформированием, спеканием и т.п.

Жидкофазный метод предусматривает получение МКМ совмещением армирующих волокон с расплавленной матрицей. К ним относят различные методы пропитки волокон жидкими матричными материалами.

Изготовление МКМ методами осаждения — напыления состоит в нанесении на волокна различными способами (газофазным, хи­мическим, электролитическим, плазменным и т. п.) матричного ма­териала и заполнение им межволоконного пространства.

Комбинированные методы включают последовательное или па­раллельное применение первых трех методов (например, плазмен­ное напыление и горячее прессование, горячее прессование и по­следующая прокатка и т. д.).

Выбор метода получения МКМ определяется природой матри­цы и волокна, возможностью совмещения компонентов с обеспе­чением необходимой между ними связи на границе раздела, осо­бенностью процесса, позволяющего одновременно получить мате­риал и деталь, экономичностью, наличием оборудования и т. д.

Несмотря на то что в настоящее время лишь небольшое число МКМ находится в стадии внедрения, а возможности их примене­ния ограничиваются авиационной, ракетно-космической и атомной техникой, несомненно, что в дальнейшем МКМ найдут самое ши­рокое применение и будут способствовать технологическому усо­вершенствованию свойств обычных материалов.

Рассмотрим основные методы получения МКМ, применяемые в сегодняшней практике.

Метод твердофазного совмещения матрицы и волокон. Обра­ботка давлением является одним из наиболее часто применяемых методов изготовления МКМ, состоящих из деформируемых мат­ричных металлов и сплавов.

Если в качестве арматуры выбраны волокна со значительным запасом пластичности, то уплотнить МКМ можно прокаткой, им­пульсным прессованием с помощью взрыва или ударной нагрузки, гидроэкструзией и т. п

В случае армирования металлов хрупкими или малопластич­ными волокнами чаще всего применяют процессы, при которых степень пластической деформации невысока, например диффузи­онную сварку или прокатку с малыми обжатиями.

В зависимости от формы полуфабриката используют различ­ные способы сборки заготовок, подвергаемых пластической дефор­мации.

Листовые заготовки собирают способом монослоев или спосо­бом «сэндвич». Заготовки типа «сэндвич» собирают укладкой в пакет слоев волокон (сеток, матов, тканей) и матричных слоев фольги, соблюдая последовательность укладки слоев, требуемую схему армирования и степень армирования. Нужную степень ар­мирования в заготовке обычно обеспечивают применением матрич­ной фольги различной толщины, укладкой различного числа слоев арматуры или использованием волокон различных диаметров. Спо­собом «сэндвич» получают заготовки только с продольно-попереч­ным расположением волокон.

МКМ можно получить также осаждением из газовой фазы, методом испарения и конденсации, катодным распылением и другими способами.

Дата добавления: 2014-01-20