Сапфира усы

Сапфира усы, разрушения механизм 410 [c.435]

Нитевидные кристаллы сапфира—усы одними из первых продемонстрировали возможность эффективного упрочнения металлов [c.167]

Сапфира усы 167 Сварка взрывом 56 Свободная энергия 43 Свойства [c.501]

Во время работы над композитами на основе никелевых сплавов попутно было проведено исследование возможности использования таких сочетаний покрытия и матрицы, в которых составляющие взаимно нерастворимы. Усы сапфира с вольфрамовым покрытием пропитывались расплавом меди. Хотя и были получены композиты с прочностью, достигающей 82 кГ/мм (при 30 об.% усов), имели место уже известные эффекты вымывания покрытия при высокой температуре прочность этого материала оказалась неожиданно низкой и разброс данных был значителен [13]. [c.345]

При изучении алюминиевых композитов, упрочненных усами сапфира [30], для облегчения смачивания при пропитке были использованы напыленные покрытия из нихрома и углеродистой [c.345]

A. Усы сапфира с высоким содержанием примесей.....388 [c.386]

А, Усы сапфира с высоким содержанием примесей [c.388]

ПОЛУКОЛИЧЕСТВЕННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УСОВ САПФИРА ) [c.389]

Эти результаты свидетельствуют о суш,ественном влиянии примесей на высокотемпературную стабильность усов сапфира. Для [c.396]

ЖИГ При 1673 К В течение 67 ч, т. е. более длительный, чем в данных опытах. Итак, предполагается, что поверхностные питтинги образуются путем диффузии, облегченной большими внутренними напряжениями, которые создаются на некоторых участках усов. Такие поля напряжений, вероятно, обусловленные ограниченной пластической деформацией сапфира, можно наблюдать в поляризованном свете. [c.401]

Б. Усы сапфира с низким содержанием примесей [c.401]

На основе вышеизложенного может показаться на первый взгляд, что усы сапфира в исходном состоянии с малым содержанием примесей могли бы иметь лучшие высокотемпературные свойства. Примером могут послужить усы сапфира фирмы TFI, которые содержат в качестве основной примеси Si [c.401]

Итак, в этом разделе показано, что усы сапфира с низким содержанием примесей также разрушаются при относительно низких температурах в связи с присутствием примесей на их поверхности. [c.404]

Основной вывод, который следует из анализа поведения усов сапфира с высоким и низким содержанием примесей, заключается в том, что исходное состояние усов не является оптимальным для высокотемпературного упрочнения. Примеси, попадающие в усы в процессе их роста, ограничивают рабочую температуру композитов усы сапфира — никель величиной 1270 К, причем эта температура определяется исключительно плавлением частиц примесей. Таким образом, присутствие примесей ухудшает перспективы использования сапфира в качестве высокотемпературного упрочнителя, определяемые, в частности, его высокой точкой плавления. [c.405]

Железо также является одной из основных примесей в усах СТН и TFI. Однако оно, по-видимому, не вызывает разрушения усов в процессе отжига при 1373 К, поскольку его концентрация не снижается после обработки в растворе А, стабилизирующей усы. Таким образом, при соответствующей очистке усов сапфира с высоким и низким содержанием примесей можно существенно повысить их высокотемпературную стабильность, а значит, и применимость в качестве высокотемпературного упрочнителя. [c.410]

Г. Совместимость очищенных усов сапфира с никелем [c.411]

На рис. 15 показана структура очищенных и покрытых никелем усов СТН после отжига в аргоне при 1373 К в течение 3 суток. Можно видеть, что усы сапфира остаются неповрежденными, а на их поверхности имеются маленькие никелевые шарики, хотя много шариков уже обособлено от усов. Судя по профилю некоторых шариков, соответствующим образом ориентированных, мож-но заметить, что они касаются поверхности уса только в точке, а, следовательно, не смачивают ее, тогда как другие частицы имеют фасетчатую форму и более развитую поверхность контакта. Таким образом, очищенные усы сапфира оказываются совместимыми с никелем при 1373 К и выдержке вплоть до 3 суток в настоящее время подобные опыты проводятся при более длительных выдери -ках и повышенных температурах. [c.411]

Процесс образования силицида никеля в вакууме имеет три стадии. Вначале при температурах выше 1073 К никелевое покрытие разбивается на шарообразные частицы подобно тому, как уже было описано для усов сапфира с никелевым покрытием (разд. II, Г) и углеродных волокон с тем же покрытием (разд. III, В, 2). На второй стадии частицы никеля приобретают фасетчатую форму, причем особенно быстро это происходит в интервале температур 1173—>1373 К. Оценив время, необходимое для появления фасеток на частицах никеля при различных температурах, получаем из уравнения скорости реакции (разд. II, А,2) энергию активации 109 кДж/моль (рис. 22). Предполагается, что это — энергия активации самодиффузии в частицах никеля. На третьей стадии усы смачиваются никелем, и для этого процесса из уравнения скорости реакции получена энергия активации 310 кДж/моль (рис. 22). Эта величина меньше энергии активации диффузии никеля в углеродное волокно (461 кДж/моль), определенной в аналогичных условиях. [c.426]

Армированные композиты с металлической матрицей часто разрабатываются следующим образом сначала изготовляется новый композит, а затем испытывается образец полученного материала. Однако такой способ бывает чреват разочарованием, поскольку получаемые свойства редко соответствуют предсказанным теоретически. Затем появляются трудности, связанные с необходимостью оптимизации большого числа параметров технологии изготовления композитов. Именно в связи с этим представляется важным описанный в данной главе способ оценки совместимости отдельных волокон и усов, так как в этом случае роль всех важных факторов для любой заданной системы композита можно оценить непосредственно. На примерах композитов с никелевой матрицей, упрочненных усами сапфира, нитрида кремния и углеродными волокнами, показано, что оптимизация температур и выдержек может быть достигнута при условии контроля за содержанием примесей. Эти принципы будут положены в основу оценки и выбора технологического процесса, который обеспечит получение композитов с оптимальной совместимостью упрочнителя и матрицы для каждой системы. Эта технология, возможно, будет сложнее (и дороже) тех, которые обычно применяются, но если бы удалось существенно понизить склонность упрочнителя к разрушению и дроблению, то это могло бы стать важным достижением. Сюда же относятся некоторые интересные возмол ности улучшения связи в композите путем стимулирования роста боко- [c.427]

Очень высокий предел прочности имеют искусственно выращенные нитевидные кристаллы металлов и драгоценных камней усы железа - 13000МПа, сапфир (AI2O3) - 15000МПа, графит -24000 МПа. В технике ближайшего будущего им отводится заметное место. Следует, однако, предостеречь читателя от отождествления понятий "прочность образца" и "прочность конструкций". [c.126]

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]

НОЙ системе серебро — окись алюминия. Окись алюминия не смачивается серебром и поэтому очень слабо упрочняет матрицу. Проблема несмачиваемости усов АЬОз расплавом серебра была решена предварительным напылением на них тонкого слоя металла (никеля) в вакууме. Впоследствии эту проблему обсуждали Ноуан, и др. [ 2в] в связи с разработкой покрытий для окиси алюминия с целью использования ее в матрице из никелевых сплавов. Было разработано несколько покрытий для AI2O3, но ни одно из них полностью не отвечало поставленной задаче, так как либо было нестабильным, либо вызывало разупрочнение волокна. Другой способ регулирования степени взаимодействия на поверхности раздела был предложен Саттоном и Файнголдом [45]. Никелевые сплавы, содержащие 1% различных активных металлов, сильно взаимодействовали с сапфиром. Существенно снижая содержание активных добавок, можно было в некоторой степени регулировать реакцию. Прочность связи была увеличена таким образом до [c.127]

В работе Саттона и Хорна [46] исследована система серебро — усы сапфира для оценки возможности упрочнения усами химически стабильной системы. Опыты по методу сидячей капли, проведенные ими на воздухе и в аргоне, показали, что на воздухе смачивание происходит, а в аргоне отсутствует. Предполагалось, что в опытах на воздухе растворение кислорода в серебре вызывает снижение Y)K и приводит к смачиванию. Однако прочностные свойства [c.317]

Рис. 6. Предел прочности серебра, упрочнениого усами сапфира с покрытием Ni—Ti ( ) и без него (А) [38].

Определяя перспективность композита алюминий — войлок иа усов сапфира, Меган и др. [32] использовали для облегчения смачивания тонкие покрытия, ранее успешно примененные в системе Ag —AI2O3. В этом случае пропитка проводилась при более низких температурах, вблизи точки плавления алюминия. Было уста- [c.321]

Взаимодействие капли расплава, содержащего химически активные металлы, с усами АЬОз в опытах с сидячей каплей столь велико, что усы диаметром до 5 мкм разрушаются после нескольких минут контакта при 1773 К (Ноуан и др. [38]). В то же время было показано, что прочность усов сапфира может существенно уменьшаться и без заметной реакции, поскольку их высокая прочность зависит от степени совершенства поверхности (разд. IV,А). Были широко исследованы покрытия, которые позволяют добиться смачивания без ухудшения свойств поверхности сапфира. В качестве покрытия, облегчающего смачивание и обеспечивающего защиту, может быть использован вольфрам. Однако из-за высокой скорости растворения вольфрама в никелевых расплавах покрытие должно иметь толщину 10 мкм, чтобы сохраниться при самой быстрой вакуумной пропитке. Ясно, что объемная доля тонких усов с таким покрытием окажется слишком низкой, чтобы эффективно упрочнить металлическую матрицу. На этом попытки ввести усы сапфира в матрицу из Ni-сплава методом пропитки были прекращены. [c.327]

Одна из основных целей разработки композитов с металлической матрицей состоит в возможности значительного повышения прочности металла при растяжении, по крайней мере в направлении волокон. Однако, как следует из модели Саттона и Файнголда [47], на основании которой были объяснены прочность связи и характер разрушения в опытах с сидячей каплей (рис. 12), имеются веские доводы, говорящие о снижении прочности волокна как в процессе изготовления композита, так и при последующей работе волокна в матрице. Для количественного измерения степени разупрочнения композитов Ni —AI2O3 Ноуан и др. [39] использовали вместо тонких нерегулярных усов стержни сапфира диаметром 0,5 мм, которые легче было испытывать на изгиб. Стержни были "изготовлены бесцентровым шлифованием так, чтобы ось с была под углом 60° к оси стержня (далее они называются 60°-ные волокна ). В табл. 5 приведены данные о прочности волокон с различными покрытиями, после отжига, травления и других обработок. J Ia основе этих данных авторы пришли к выводу, что никелевые композиты, армированные волокнами сапфира с покрытиями из аольфрама или монокарбидов, нельзя изготавливать или ис- [c.340]

Интенсивные исследовательские работы по упрочнению усами-сапфира никелевых сплавов тем не менее не позволили разработать технологию производства композита с нужными свойствами (Ноуан [37]). Много осложнений возникло в связи с неоднородностью усов по размеру и качеству. Однако основное препятствие для дальнейших разработок составили большие трудности в изготовлении воспроизводимых испытательных образцов путем пропитки расплавом или гальванического осаждения с последующим горячим прессованием (ЕР/РВ). При исследовании процессов пропитки расплавом обнаружилась необходимость применения покрытий для облегчения смачивания. Однако не было найдено покрытий, устойчивых в контакте с жидким металлом при температурах пропитки (- 1720 К). Условия смачивания были труднодостижимы, и в большинстве случаев испытания на растяжение не были проведены в связи с большой пористостью образцов. [c.345]

Продольная прочность композита с матрицей из никелевого сплава, упрочненного непрерывными волокнами сапфира с гальваническим Ni-покрытием i[39], оказалась выше, чем у никеля, упрочненного усами сапфира, однако выдергивание волокон на изломах говорило о слабой связи в композите. Продолжая работы над Ni и Ni — Сг матрицами, упрочненными сапфиром с покрытием Y2O3, Ноуан ([37] обнаружил разупрочнение волокон в композитах, изготовленных горячим прессованием пучков 0°-ных волокон и фольги. Одновременно Меган и Харрис [31] использовали [c.346]

Б. Усы сапфира с низким содержанием п римесей.....401 [c.386]

Фрагментарность сведений о природе реакций и стеиени взаимодействия между составляющими затрудняет обоснованный выбор матрицы и упрочнителя, оптимально совместимых для данной рабочей температуры. В этой главе рассмотрена роль примесей как фактора, определяющего совместимость матрицы и упрочнителя. Для иллюстрации роли примесей подробно проанализированы три примера усы сапфира, углеродные волокна с никелевым покрытием и усы нитрида кремния с никелевым покрытием. Эти примеры отвечают случаям, когда примесь находится соответственно в упрочнителе, матрице и газовой среде. [c.387]

Как упрочнитель для высокотемпературных композитов усы сапфира обладают рядом преимуществ, в частности, химической инертностью в окислительной среде, высокими модулем упругости и сопротивлением ползучести. Однако для использования сапфира в этих композитах необходимо также, чтобы усы сапфира были химически совместимы с таким металлом, как никель, который может служить матрицей композита, работающего в нужном интервале температур. На самом же деле было обнаружено [12] сильное повреждение упрочнителя после термообработки в вакууме при 1373 К композита никель — 20% усов сапфира, в котором использовались усы, полученные фирмой Томсон — Хьюстон (СТН) и фирмой Термокинетические волокна (TFI). Поскольку этот материал предназначался для работы при 1373 К и выше, такой результат, казалось бы, свидетельствует об ограниченной применимости композита никель — усы сапфира. Однако, как будет видно из дальнейшего, кажущаяся несовместимость в указанной композитной системе при 1373 К обусловлена присутствием поверхностных и объемных примесей в усах после их выращивания. Будет показано, что соответствующей очисткой (Можно предотвратить разрушение усов при 1373 К и тем самым получить совместимую систему никель —усы сапфира. Таким образом, присутствие примеси в уирочнителе является важным фактором, оп- [c.388]

Начиная исследования совместимости усов сапфира с никелем, необходимо прежде всего выяснить влияние высокотемиературно-го отжига на структуру отдельных усов. Ясно, что следует оценить природу любых изменений морфологии, происходящих при таком отжиге, особенно в связи с тем, что выпускаемые промышленностью усы сапфира содержат значительное и непостоянное количество примесей, которые попадают в них из модификаторов в процессе роста (в каждом способе производства используются свои модификаторы). Так, например, усы АЬОз производства фирмы СТН содержат 6% кремния и 2 /о натрия и калия, а также другие элементы в меньшей концентрации (табл. 1). В следующем разделе будет показано, что примеси в таких концентрациях уменьшают высокотемпературную стабильность усов этого вида и препятствуют их использованию в качестве упрочнителя при температурах выше 1273 К- [c.390]

Из вышесказанного следует, что необходимо очищать усы сапфира, прежде чем они будут введены в металлическую матрицу. Цель такой очистки состоит в снижении концентрации примесей, способствующих разрушению усов, до такого уровня, при котором они не будут оказывать существенного влияния. Следовательно, для того чтобы выбрать способ очистки, необходимо определить, во-первых, какая именно примесь приводит к разрушению усов и, во-вторых, при какой концентрации она становится неэффективной. В этом разделе будет показано, как влияет удаление примесей из усов СТН и TFI на структуру усов в исходном состоянии и после отжигов при 1373 К- Будут рассмотрены результаты двух типов экспериментов, выполненных Бонфилдом. и Маркгам [5] удаления всех примесей из усов и селективного удаления отдельных элементов. Практически оказалось, что удалить отдельные элементы полностью не удается, однако было получено такое изменение их содержания, которое достаточно для оценки относительного вклада каждого элемента. Таким способом можно выяснить, какая именно примесь приводит к разрушению усов кроме [c.405]

Обработка в растворе Б приводила к некоторому изменению формы ушв сапфира неравиомерно уменьшались ширина и толщина усов, а концы их приобретали скругленную форму. [c.409]

Из предыдущего раздела следует, что исходные усы необходимо соответствующим образом очистить перед тем, как использовать в качестве высокотемпературного упрочнргтеля. Теперь нужно рассмотреть еще два вопроса во-первых, совместимость очищенных усов с матрицей, например никелевой, и, во-вторых, эффективность связи между усами и матрицей. Эти вопросы можно изучать на усах с тонким слоем напыленного никеля (толщиной примерно 0,05 мкм). Когда усы с никелевым покрытием отжигают при температурах выше 1073 К, сплошной слой никеля разбивается на ряд сферических частиц, что позволяет непосредственно исследовать поверхность раздела никель — сапфир в электронном микроскопе. Этот способ эффективен в отношении проверки совместимости и исследования процесса образования связи ои будет подробнее рассмотрен в последующих разделах. [c.411]

Сегодня имеются лишь ограниченные данные о природе связи между очищенным сапфиром и никелем, и поэтому подробное обсуждение этого вопроса не оправдано. Однако интересно отметить, что механическая связь (рис. 15) при 1373 К достаточно прочна, чтобы воспрепятствовать отделению частиц репликой при изготовлении препаратов для электронно-микроскопического исследования. Согласно иредварительньш результатам Бонфилда и Маркгам [6], при более высоких температурах (1573 К) на поверхности некоторых усов появляются питтинги и частицы никеля принимают неправильную форму, что указывает на возможность протекания химической реакции. Если эти данные подтвердятся, то они будут свидетельствовать о возможности двустадийного процесса получения оптимальных свойств композита (процесс формирования химической связи проводится при высокой температуре, а затем материал работает при более низких температурах, где упрочнитель и матрица совместимы). [c.411]

За время установления адгезионной связи первоначальносплошное никелевое покрытие разбивается на ряд шариков, как это наблюдалось для тонких покрытий на усах сапфира. К тому времени, когда связь устанавливается и начинается диффузия углерода в никель, последний лишь частично покрывает поверхность волокна, и поэтому лроисходит только локальное обеднение углеродом. Ло мере того как никелевые шарики растекаются по поверхности (вероятно, из-за уменьшения поверхностного натяжения), образуется сплошное покрытие, и после этого начинается диффузия углерода в никель со всей поверхности волокна. [c.418]

В связи с влиянием примесей на совместимость упрочнителя с металлической матрицей следует рассмотреть еще один важный фактор — газовую среду. Роль этого фактора была показана выше на примере углеродных волокон, которые легко разрушаются выше 873 К уже при небольшом парциальном давлении кислорода. Усы сапфира также разрушаются при высоких температурах в восстановительной атмосфере. Следовательно, важна совместимость композита с газовой средой как в процессе изготовления, так и при его использовании. Обычно в каждом отдельном случае этот вопрос требует своего решения. Так, например, стабильный композит углеродное волокно — никель получается в вакууме 10 мм рт. ст., но для применения этого композита в реактивном двигателе требуется создать вокруг волокна дополнительный про-тивокислородный барьерный слой (например, из тугоплавкого металла). В этом разделе рассматривается влияние газовой среды на покрытые никелем усы нитрида кремния и показано, что небольшие изменения парциального давления кислорода и азота могут существенно повлиять на высокотемпературную стабильность этой системы [2]. [c.420]

Сапфира 5 сами уярочпенные композиты, покрытия усов 345 [c.434]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...