ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Будущее суперсплавов. Дж.С.Хоппии Ш, У.П.Дейнези из "Суперсплавы II Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок Кн2 " Под обобщающим названием керамические материалы или керамика выступает множество различных материалов, включая монолитные керамические композиты и нередко композиты углерод-углерод. Монолитные керамические материалы активно изучали в течение 10 лет, а сейчас основное внимание уделяют композитам. В данном разделе мы из-за ограниченности места сосредоточимся на монолитных керамических материалах и материалах углерод—углерод. [c.313] В табл. 19.6 дана сводка физических и механических свойств нескольких керамических жаропрочных материалов [38]. Они приведены просто как пример, ибо с изменением технологии изготовления материала свойства могут сильно меняться, различаясь даже у материалов промышленной поставки. [c.314] Особенности производства керамических материалов сильнее отражаются на окончательных свойствах продукции, чем особенности процессов производства металлических материалов. Массивные керамические конструкции в классическом варианте изготавливают из порошков. Можно проследить связь свойств со многими факторами размерами, формой, чистотой и плотностью порошков, присутствием вторых фаз и их распределением, размерами зерен и состоянием их границ, стабильностью микроструктуры, природой и критическими размерами трещин. Как один из примеров объемная плотность представляет собой основной фактор из числа факторов, определяющих прочность соединения SijN4 сопротивление изгибу возрастает линейно с увеличением плотности [39]. [c.314] Карбид кремния, кристаллизующийся в а (гексагональной) или (кубической) модификации, обычно получают путем химической реакции, путем спекания или путем горячего прессования последний процесс дает самый твердый и самый вязкий продукт Si . Керамический материал Si , по-видимому, обладает большей противоокислительной стойкостью, чем S13N4. Метод производства Si , программа по разработке и применению которого пользуется поддержкой со стороны вооруженных сил США, заключается в создании тонкого и равномерно заполненного кремнием углеродного каркаса, полученного из жидких полимерных растворов [41]. Этот материал намного прочнее, чем изделия из Si , полученные химическим путем или спеканием, и обладает примерно такой же прочностью, что и Si после горячего прессования. Путем карботермического восстановления оксидов кремния и алюминия в атмосфере азота был получен сплав SiN с АШ. Горячее прессование при 2000 °С приводит к образованию твердого раствора, а смесь фазы, обогащенной SiN, и фазы, обогащенной A1N, образуется путем термической обработки при более низкой температуре. [c.317] Пропитка тканых покрывал и матов из углеродных волокон, а также предварительно сформованных из этих волокон объемных тел жидким кремнием вызывает превращение углерода в Si , что приводит к образованию нового композиционного материала с кремниевой матрицей, армированной волокнами si , получившего название Sil omp . Из него можно изготавливать большие по размерам конструкции. [c.318] Основная причина высокой прочности углеродных материалов связана с исключительно низкой самодиффузией углерода в графите (10 mV при 800 °С). Энергия активации само диффузии углерода превышает 180 ккал/моль. Еще одним преимуществом УУК, выделяющим их из ряда других высокотемпературных материалов, является малая плотность, от 1,47 до 1,7 г/см для композитов с 55-65% (по массе) волокон, ориентированных в одном направлении. Сообщается, что эти материалы сохраняют достаточную прочность до 2200 °С на самом деле прочность при высоких температурах может быть даже выше, чем при комнатной температуре. [c.321] Углеродные волокна формируются из трех различных ис ходных материалов вискозы, акриловых сополимеров и мезо фазной смолы. Исходным материалом для формирования угле-родо-графитовой матрицы таких композитов служат угольны деготь и нефтяные смолы, некоторые синтетические смолы или углерод, химически осажденный из паровой фазы. Исходные материалы не оптимизированы по своему составу. В процессе карбонизации угольного дегтя и нефтяных смол (при каталитическом крекинге сырой нефти) происходит образование некоторых упорядоченных фаз, оказывающих влияние на механические свойства композита. Большинство синтетических смол после карбонизации превращаются в хрупкий стекловидный углерод. Углерод, полученный химическим осаждением из паровой фазы, может суш.ествовать в нескольких морфологических модификациях (аморфной, столбчатой или пластинчатой), и конкретный вид морфологии матрицы определяется в основном условиями проведения эксперимента. [c.322] В этой главе были кратко рассмотрены наиболее перспективные и конкурентоспособные материалы и системы материалов, способные уже в ближайшем будущем заменить суперсплавы в традиционных областях их применения или существенно расширить предельно допустимые параметры рабочей среды. Следующая глава, целиком посвященная перспективам применения суперсплавов в будущем, также затрагивает проблему альтернативных материалов. [c.322] Тугоплавкие металлы, за исключением ниобиевых сплавов явно неконкурентоспособны из-за высокой плотности и не достаточной поверхностной стабильности, что было неодно кратно подтверждено за более чем 40-летний период их изу чения. Эти недостатки невозможно скомпенсировать даже очень высокой температурой плавления. В то же время туго плавкие соединения в виде отдельных фаз могут входить i состав упрочняемых волокнами композитов. [c.324] Потенциальные возможности керамики и керамически композитов оценить труднее всего. По прочности, плотное ти, поверхностной стабильности, доступности и стоимост они привлекают очень большой интерес. Более того, появление простых или композиционных высокопрочных и термостойких керамических конструкционных материалов позволило бы существенно повысить рабочую температуру устройств и агрегатов. [c.324] Углерод-углеродные композиционные материалы, которые] способны сохранять приемлемую прочность практически дс 2200 °С, имеют, к сожалению, слишком низкую поверхностную стабильность, что снижает их надежность. Это накладывает ограничения либо на время эксплуатации деталей из УУК, либо на их максимально допустимую рабочую температуру. [c.324] Вернуться к основной статье