Металлические матрицы

Углеродные матрицы

Углеродная матрица, подобная по физико-механическим свойствам углеродному волокну, обеспечивает термостойкость углерод-углеродных КМ (УУКМ) и позволяет наиболее полно реализовывать в композите уникальные свойства углеродного волокна. Применяют два способа получения углеродной матрицы: карбонизация полимерной матрицы заранее сформованной углепластиковой заготовки и осаждение из газовой фазы пироуглерода. Процесс карбонизации представляет собой высокотемпературную обработку изделия из углепластика до температуры 1073 К в неокисляющей среде (инертный газ, угольная засыпка и т.д.). Цель термообработки – перевод связующего в кокс. В процессе карбонизации происходит термодеструкция матрицы, характеризующаяся потерей массы, усадкой и образованием большого числа пор.

Свойства углеродной матрицы в значительной мере зависят от вида исходного связующего. В качестве связующего применяются синтетические органические смолы с высоким коксовым остатком (фенолформальдегидные, фурановые, кремнийорганические, полиимидные и др.). Для получения углеродной матрицы используют также каменноугольные и нефтяные пеки (содержание углерода до 92…95%). Иногда проводят процесс дополнительной пропитки и карбонизации, позволяющий регулировать плотность и прочность материала.

Свойства углеродных матриц. Предел прочности при растяжении 34 МПа, при сжатии –6МПа; модуль упругости 50 ГПа; коэффициент Пуассона 0,33; коэффициент температурного расширения 3,55×10^-6 1/град.

Металлические матрицы волокнистых композитов представляют собой легкие (алюминий, магний, бериллий) и жаропрочные металлы (титан, никель, ниобий), а также их сплавы.

Матричные материалы на основе алюминия. По технологическому признаку алюминиевые матрицы можно подразделить на несколько типов: деформируемые, литейные, порошковые. Все способы совмещения волокон с матрицей можно подразделить на твердофазные, жидкофазные и осаждаемые.

Твердофазные способы совмещения волокон с матрицей заключаются в сборке пакетов заготовок, состоящих из чередующихся слоев материала матрицы и волокон, и последующем соединении компонентов между собой. Жидкофазные способы основаны на использовании различных видов литья расплавленного материала матриц (как правило, это дуралюмины Д1, Д6, Д16 и сплавы групп АВ, АК, В95). Материал матрицы обеспечивает пропитку (в вакууме, при обычном и повышенном давлении) предварительно уложенной системы волокон. Метод осаждения состоит в нанесении на волокна различными способами (газофазным, химическим, электролитическом и т.п.) слоя металла и заполнении им межволоконного пространства.

Из алюминиевых матриц наиболее жаропрочным является материал типа САП (спеченный алюминиевый порошок).

Для получения металлокомпозитов на основе алюминия наиболее широко применяют методы плазменного напыления матричного материала, с помощью которых существенно изменяются его структура и свойства.

Титановые и магниевые матрицы. В качестве матричных материалов используют магниевые сплавы марок МА2-1, МА5, МА8. Титановые матрицы обладают хорошей технологичностью при горячем деформировании, свариваемостью, способностью длительно сохранять высокие прочностные характеристики при повышенных температурах. Однако эти материалы сохраняют высокое сопротивление деформации даже при повышенных температурах, что приводит к необходимости при получении композитов с хрупкими волокнами использовать режимы сверхпластического деформирования.

Дата добавления: 2014-01-04