Волокна смачиваемость металлам

Разработан метод получения пропиткой композиционного материала на основе алюминия, упрочненного волокном из карбида кремния [113]. Особенностью изготовления этого материала является весьма высокая температура расплава, достигающая 1050° С, необходимая для обеспечения хорошей смачиваемости волокна расплавленным металлом. В результате контактного взаимодействия волокна с [расплавленным металлом при этой температуре его прочность снижается более чем на 30% (с 350 до 220 кгс/мм ). Для снижения температуры пропитки и улучшения смачиваемости было предложено наносить на волокна карбида кремния покрытия из никеля, меди или вольфрама. Применение покрытия позволяет снизить температуру пропитки до 700° С и сократить до нескольких минут время пропитки. Изготовленный по такой технологии материал с матрицей из алюминия (предел прочности 3 кгс/мм , относительное удлинение 40%), упрочненный 15 об. % волокна с покрытием, имел предел прочности 24 кгс/мм и относительное удлинение 0,6%. [c.97]

Для получения композиционных материалов, армированных дискретными волокнами, применяют способ введения дискретных волокон в тигель с расплавленным металлом, находящийся в печи, создающей его интенсивное вращение (патент США №. 3753694, 1973 г.). При этом волокна вводятся в образующуюся при вращении в расплаве воронку. В процессе вращения волокна распределяются во всей массе металла, затем скорость вращения снижается, но только до уровня, когда дискретные волокна еще удерживаются во взвешенном состоянии внутри массы жидкого металла, а затем быстро охлаждают полученный композиционный материал. Аналогичные материалы могут быть получены с применением ультразвука. В этом случае дискретные волокна подвергают последовательной ультразвуковой обработке вначале во внутренней полости трубчатого излучателя ультразвука, служащего также для ультразвуковой обработки расплава, а затем непосредственно в объеме расплава. Применение ультразвука улучшает смачиваемость волокон расплавом и способствует равномерному распределению дискретных волокон в матрице. Оба приведенных выше способа позволяют получить композиционный материал с равномерно распределенными, но хаотически ориентированными дискретными [c.93]

Для успешной пропитки мата или пучка волокон жидкой металлической матрицей необходима хорошая смачиваемость между волокном и жидким металлом. Плохая смачиваемость приводит к образованию пористости. В ряде случаев удается увеличить смачиваемость путем покрытия волокон тонкой металлической пленкой, полученной осаждением из паровой фазы, методами электроосаждения, пропусканием волокна через расплавленный металл и другими методами. [c.177]

Образованию спеченных композиций с волокнами на основе усов из боридов, карбидов н оксидов мешает плохая смачиваемость последних многими металлами матрицы. Так, для создания композиции Ag—AI2O3 требовалось предварительно покрывать усы слоем никеля или платины толщиной 0,1 мкм. Иногда смачиваемость усов улучшалась при добавлении к матрице (никель) других металлов, а именно титана, циркония или хрома, понижающих поверхностное натяжение на границе волокно—жидкий металл. [c.228]

Получение направленных волокнистых композиций методами пропитки жидкими металлами осуществлялось главным образом по следующей схеме волокна или усы помещали в алундовые или кварцевые трубки и опускали в тигель с расплавленным металлом, который под действием капиллярных сил поднимался вверх по волокнам, либо металл матрицы помещался на верхнем конце трубки и при расплавлении стекал вниз по волокнам [38, 39]. Для улучшения качества композиции в некоторых случаях пропитка производилась под давлением инертного газа. Для улучшения смачиваемости в композициях Ag— AI2O3 [28] усы АЬОз покрывались никелем или платиной. Большим недостатком описанной выше технологии является ее трудоемкость — набивка трубок волокнами осуществлялась вручную. [c.177]

Первоначально при выборе матрицы и волокна для всех систем предполагали использовать те же основные принципы, что и для модельных систем. Джех и др. [22] показали справедливость правила смеси для композитов как с непрерывными, так и с короткими волокнами, избрав для этого систему медь — волокно. Медь и вольфрам, по существу, взаимно не растворимы и не взаимодействуют химически соответственно они не образуют соединений. Таким же образом Саттон и др. [38] на модельной системе серебро — усы сапфира убедительно продемонстрировали эффект упрочнения нитевидными кристаллами. Степень взаимодействия между серебром и усами сапфира даже меньше, чем между медью и вольфрамом, поскольку расплавленное серебро не смачивает сапфир. Для улучшения связи с расплавленным серебром те же авторы напыляли на поверхность сапфира никель. Однако связь между никелем и сапфиром была, вероятно, чисто механической, а на поверхности раздела никель — сапфир твердый раствор не образовывался. Поэтому не удивительно, что Хиббард [21] в обзоре, представленном в качестве вводного доклада на конференции 1964 г. Американского общества металлов, посвященной волокнистым композитным материалам, счел необходимым заключить Для взаимной смачиваемости матрицы и волокна необходимо, чтобы их взаимная растворимость и реакционная способность были малы или вообще отсутствовали . Это условие, как правило, реализуется для определенного типа композитных материалов, а именно, ориентированных эвтектик. Во многих эвтекти-ках предел растворимости несколько изменяется с температурой, что, вообще говоря, является причиной нестабильности, хотя в известной степени и компенсируется особым кристаллографическим соотношением фаз. Однако в большинстве практически важных случаев это условие не выполняется. После конференции 1964 г. основные успехи были достигнуты в области управления состоянием поверхности раздела между упрочнителем и матрицей. Ни серебро, ни медь не являются перспективными конструкционными материалами. Что же касается реакций между практически важными матрицами и соответствующими упрочнителями, то они очень сложны и могут приводить к самым разнообразным типам поверхностей раздела. [c.13]

В результате подбора оптимальных условий по температуре, удачной комбинации вакуума и давления, совершенствования конструкции формы удавалось получить плоские и кольцевые образцы для испытания при растяжении, практически не имеющие усадочных пор горячих трещин и ненропитанных участков между волокнами. Вакуумирование каркаса волокон перед пропиткой устраняет необходимость наличия в форме отверстий для прохода металла и не требует контроля за расходом металла. В связи с этим, например, кольцевые образцы могут быть получены намоткой волокна на твердую оправку и пропиткой расплавленным металлом, поступающим только с наружной поверхности намотанного каркаса, осуществляемой в результате погружения оправки в расплавленный металл. Наличие избыточного давления необходимо, когда расстояния между волокнами очень малы, либо в случае плохой смачиваемости. [c.107]

Химическое меднение. Химическое меднение является одним из немногих способов получения композиционных материалов на основе меди и его сплавов, армированных углеродным волокном. Введение углеродных волокон в медные сплавы целесообразно в некоторых случаях, когда требуется материал с высокими элек-тро- и теплопроводностью, близкими к соответствующим характеристикам меди, но более прочный, с более низким температурным коэффициентом линейного расширения. Кроме того, он может служить и хорошим материалом для высокопрочных, самосмазываю-щихся ПОДЦ1ИИНИКОВ трения. Часто химическое меднение исполь-зуют для улучшения смачиваемости углеродных волокон или нитевидных кристаллов в процессе изготовления композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов методом пропитки жидким расплавом, либо в качестве подслоя на этих унрочните-лях, образующего плавящуюся эвтектику в контакте с металлом матрицы, используемым в виде тонких фольг при горячем прессовании. [c.186]

Зачастую волокна вводят в матрицу методами порошковой металлургии, путем пропитки пучка волокон жидким металлом, предварительного нанесения металлического покрытия на волокна с последующим прессованием и спеканием. Однако методы порошковой металлургии не все1гда дают нужные прочностные показатели. Плохая смачиваемость волокон жидким металлом приводит ж образованию пор, снижающих прочностные показатели композиционного [c.121]

Для улучшения смачиваемости углеродных волокон расплавленным алюминием разработан способ последовательной обработки поверхности волокон расплавами Na, Sn - 2%Mg и алюминиевых сплавов [18]. При армировании углеродными волокнами сплавов на основе Д1 и Mg наряду с улучшением смачиваемости волокон необходимо предотвращать снижение их прочности, которое может происходить при контакте с раплав-ленньш металлом. Для решения этой задачи требуются дальнейшие исследования, которые могли бы дать практические рекомендации по сохранению прочности углеродных волокон при контакте с расплавами металлов. [c.38]

На рис. 7.1 показана схема технологического процесса производства металлов, армированных волокнами. Наиболее важные зтапы процесса выделены прямоугольниками. По мере надобности для улучшения смачиваемости волокон металлом и адгезии с ним, а также для регулирования реакционной способности поверхности волокон на них наносят покрытие или осуществляют другую предварительную обработку волокон. Затем формируют полуфабрикаты или так называемые исходные элементы металлокомпозитов. Полученные полуфабрикаты разрезают в соответствии с требуемыми размером и формой, складывают, ориентируя их в нужном для данной конструкции направлении, и затем осуществляют формование. После этого проводят окончательную обработку изделия — склеивание отдельных частей, механическую обработку и т. д. [c.241]

I - металлическая матрица 2 - волокно 3 - предварительная обработка волокон 4 - формование полуфабрикатов 5 - получение слоистого материала из полуфабрикатов 6 - формование (получение композиционного материала и придание формы) 7 - вторичная обработка 8 - применение 9 - элементарные волокна 10 - жгуты, нити 11 - ткани 12 - короткие волокна (монокристал-лические усы" и т. д.) 13 - улучшение смачиваемости волокон металлом и адгезии с ним, регулирование реакционной способности поверхности волокон 14 -химическое и физическое осаждение в газовой фазе 15 - металлизация и т. д. 16 — сырые полуфабрикаты в виде листов или лент 17 — металлизованные в расплаве листы или ленты 18 - пропитанная расплавом лента 19 - листы, полученные методом физического осаждения в газовой фазе 20 — придание материалу заданных анизотропных свойств 21 — горячее прессование 22 — горячее вальцевание 23 - горячая вытяжка 24 — HIP 25 — литье с дополнительной пропиткой расплавом 26 — парафинирование и т. д. 27 — механическая обработка 28 - механическое соединение 29 — диффузионная сварка 30 - парафинирование 31 — электросварка 32 — склеивание и т. д. [c.242]

ВОЛОКОН связующим. Обычно полимерные связующие хорошо смачивают поверхность армирующих волокон при использовании металлических связующих проблема смачиваемости приобретает особое значение. И борные, и углеродные волокна плохо смачиваются расплавами металлов и сплавов. Поэтому, для того чтобы металлическое связующее достаточно хорошо проникало в межволоконное пространство, необходимо проводить специальную обработку поверхности волокон. Однако такая обработка элементарных волокон в пучке затруднена контактом волокон друг с другом это обстоятельство характерно для углеродных армирующих материалов, состоящих из большого числа элементарных волокон. Следует отметить, что вещества, нанесенные на поверхность тонких волокон, оказывают заметное влияние на свойства матрищ>1. Так, при нанесении поверхностного слоя толщиной 0,5 мкм на волокна диаметром 5 мкм площадь поперечного сечения поверхностного слоя составляет 44% площади поперечного сечения волокон. Это приводит к заметному изменению механических и физических свойств матрищ>1. Площадь поперечного сечения поверхностного слоя такой же толщины, нанесенного на борные волокна диаметром 100 мкм, составляет всего лишь 2% площади поперечного сечения волокон и его влияние на свойства матрицы менее значительно. [c.269]

Наиболее перспективный метод — это непрерывная пропитка волокон расплавленным металлом или термореактивными смолами с формованием профиля протягиванием КМ через фильеру (рис. 7.4). Использование дискретных (коротких) волокон позволяет изготавливать КМ во вращающейся форме. К волокнам для повышения смачиваемости расплавом прикладывают ультразвуковые колебания. Однонаправленная структура формируется с помощью электромагнитного поля. [c.122]

III. Применение в композиционных материалах металлических матриц, легированных элементами с большим сродством к армирующему наполнителю, чем металл матрицы, или поверхностно-активными добавками. Происходящее при этом изменение химического состава границ раздела должно препятствовать развитию межфазного взаимодействия [6] Легирование матричных сплавов поверхностно-активными или карбидообразующимн добавками, так же как и нанесение технологических покрытий иа волокна, может способствовать улучшению смачиваемости металлическими расплавами армирующего наполнителя. [c.493]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...