Никель сапфир

В аналогичных экспериментальных условиях, но в присутствии воздуха, на границе раздела никель — сапфир была обнаружена [c.190]

Кристаллы сапфира а-корунда прозрачны, хорошо обрабатываются механически и бывают как бесцветными, так и окрашенными в зависимости от природы содержащихся в них примесей. Желтый цвет кристаллам корунда придают примеси железа или никеля, синий — титана, красный — хрома. В решетке сапфира каждый ион алюминия АР+ находится в окружении шести ионов кислорода образующих октаэдр. В свою очередь каждый ион кислорода окружен четырьмя ионами алюминия АР+, образующими тетраэдр. Твердость кристаллов сапфира по десятибалльной шкале равна 9. Температура плавления 2030 X. [c.47]

Случай отсутствия связи между волокнами и матрицей исследовали Чен и Лин [12]. Они показали, что с увеличением объемной доли волокон прочность композита при поперечном нагружении быстро падает и что на большей части поверхности раздела матрица отрывается от волокна (рис. И).. Аналогичные явления наблюдались в системе со слабой связью сапфир — никель [43], а также в системе нержавеющая сталь — алюминий [39] они хорошо согласуются с расчетным значением степени разупрочнения. Возможно, что это согласие в известной мере случайно в модели Чена и Лина не учитывалось влияние пластического те- [c.59]

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]

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]

В работе [174] метод вакуумно-компрессионной пропитки применялся для получения композиционных материалов на основе алюминия, упрочненного нитевидными кристаллами сапфира. Нитевидные кристаллы с покрытием из титана толщиной 0,05 мкм, предотвращающим растворение волокон в алюминиевой матрице, и с нанесенным поверх первого покрытия слоем никеля толщиной 0,3 мкм для улучшения смачиваемости, прядением вручную собирали в жгуты диаметром 1,5—2,5 мм. Жгуты укладывали в форму, которую затем вакуумировали и нагревали до температуры пропитки 720° С. Пропитку осуществляли под давлением водорода 2 кгс/см . Полученные образцы испытывали при растяжении. Испытания показали большой разброс прочности. Максимальная прочность при температуре 500° С, равная —38 кгс/мм , была получена на композиции, содержащей 30 об. % нитевидных кристаллов сапфира. [c.115]

Покрытия, содержащие усы, получаются обычным для КЭП способом из суспензии, но при этом усы в покрытии чаще всего распределяются беспорядочно. Таким, образом были получены покрытия никелем, содержащие сапфир ми карборунд. Усы карборунда обладали определенной электропроводимостью, способствующей их зарастанию. Видимо, электропроводимость их была наведенной, так как в чистом виде карборунд является хорошим изолятором. Разрушающее напряжение никеля, [c.231]

Материалами подпятников служат синтетический сапфир, рубин, корунд, агат, специальные сорта стекла из металлов применяют бронзу (Бр. ОЦС, БР. Б2), латунь (ЛМС, ЛКС, ЛАЖ в неответственных приборах), сплавы медь — бериллий, никель — бериллий. [c.28]

II. Нитевидные кристаллы сапфира в никеле и никелевых сплавах 168 [c.165]

Б. Характер и последствия реакции между никелем и сапфиром 181 [c.165]

Методы, использованные для изготовления композиций на основе никеля, упрочненного нитевидными кристаллами сапфира, включали пропитку жидким расплавом [47], метод порошковой металлургии с предшествующим электролитическим осаждением [c.169]

Несмотря на то, что метод пропитки расплавом оказался вполне приемлемым для матриц с низкой температурой плавления, таких, как алюминиевые [20, 21] или серебряные [47], было обнаружено, что указанный метод очень сложен для матриц на основе ни1 8ля и большинства практически важных никелевых сплавов. Трудности возникают вследствие того, что сапфир не обладает способностью спонтанно смачиваться жидким металлом поэтому для обеспечения смачивания и облегчения изготовления композиции необходимо металлическое покрытие. Для пропитки алюминием или серебром поверхность сапфира покрывали более тугоплавкими металлами, т. е. никелем или нихромом [23], улучшающими смачивание покрытия для этих целей наносили распылением. В случае пропитки никелевыми сплавами в качестве покрытий волокон необходимы более тугоплавкие металлы, однако скорость растворения этих металлов сильно ограничивает допустимое время пропитки. [c.170]

Рис. И. Образец для изучения взаимодействия между сапфиром и сплавами на основе никеля [20, 21]

Природа взаимодействия между сапфиром и никелем как в окислительной, так и в восстановительной атмосферах была недавно детально изучена 120, 21]. В инертной атмосфере причиной снижения прочности служит образование небольших поверхностных несовершенств диаметром порядка 1 мкм. Размер [c.188]

Изучение границы раздела молибден — никель показало, что молибден гораздо более активен, чем вольфрам, в аналогичных условиях. Однако выдержка в 100 ч при 1200 С приводит к диффузии никеля в вольфрам, а вольфрама в никель с образованием реакционной зоны толщиной около 100 мкм. Таким образом, очевидно, что для долговременной стабильности при повышенных температурах, так же как и для защиты волокон сапфира в процессе изготовления композиций, требуются покрытия толщиной, по крайней мере, 100 мкм. Вольфрамовое покрытие такой толщины очень заметно увеличило бы массу композиции Вольфрам иге сам по себе не ухудшает качество поверхности волокон сапфира (в восстановительной атмосфере) в такой степени, как никель или нихром, однако некоторое уменьшение прочности волокон может иметь место (см. табл. 3). Причина снижения свойств остается неясной. [c.193]

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]

Рис. 9. Влияние реакции на поверхности раздела на прочность сварного О бразца никель —сапфир [34].

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]

Рис. 16. Скорость образования NiAl O на поверхности раздела никель — сапфир на воздухе в зависимости от обратного значения температуры [22]

Влияние добавки к никелю около 18% по массе хрома на реакцию металл — сапфир в инертной атмосфере проявляется в снижении количества ямок по сравнению с чистым никелем. Хотя здесь и возможно образование ямок того же размера, что и в случае никель — сапфир, температура для этого должна быть повышена до 1350° С. В окислительной атмосфере образующаяся на границе саифир — нихром реакционная зона состоит из NiAlaO и NiO, как это видно из рис. 17 (Механ) [22]. Прочность па сапфировых стержнях в этих условиях не измерялась из-за грубого состояния поверхности. Однако можно сделать вывод о том, что она должна быть низкой. [c.192]

Широко известно, что модуль упругости стали составляет 200 ГПа, но мало кто знает, у каких материалов он выше этой величины. В порядке возрастания модуля упругости можно привести следующие данные кобальт и никель - 210, родий и бериллий — 300, молибден - 330, вольфрам - 410, бороволокно - 430, карбидное волокно - 430, нитевидные кристаллы сапфир - Оо 530, графит - до 690), карболой карбид вольфрама, цементированный кобальтом) -700, алмаз - 1050, [c.125]

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]

ЧТО роль покрытии заключается в предотвращении повреждения поверхности волокна при механическом и химическом взаимодействии и в облегчении смачивания и образования связи. Ранее Саттон и Файнголд [34] указали на противоречивость этих требований. Основываясь на собственных исследованиях влияния добавки в никель 1% того или иного легирующего элемента на прочность связи между никелевой матрицей и пластинкой окиси алюминия (сапфира), они заключили, что поверхностные повреждения и связь компонентов зависят от степени развития реакции [c.154]

Развитию представлений о поверхности раздела в системах Ni-сплав — AI2O3 способствовали и другие исследования процессов смачивания и адгезии. Риттер и Бёртон [40] изучали влияние газовой среды и легирующих элементов Сг и Ti на поверхностное натяжение и краевой угол никеля и его сплавов на подложках из сапфира при 1773 К. Газовая среда не оказывала заметного влияния на Yjk и краевой угол в случае контакта чистого никеля с сан-фиром. Результаты, полученные для сплавов, согласуются с предыдущими исследованиями. Уменьшение краевого угла для сплава в среде аргона по сравнению с водородной средой, возможно, обусловлено большим содержанием кислорода в аргоне. Результаты испытаний на сдвиг показали, что прочность связи выше при использовании никеля, выплавленного в кислородсодержащей атмосфере, чем никеля, выплавленного в отсутствие кислорода. Предполагается, что этот эффект связан с возможным образованием шпинели на поверхности раздела. [c.327]

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]

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]

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]

Недавно стало известно, что покрытие из сплава системы Fe — Ni — Со, нанесенное на поверхность усов сапфира вакуумным напылением, обеспечивает достаточно прочное сцепление со сплавом никель-палладий, а введшие в никель титана и хрома создает благоприятные условия для смачивания сапфира никелем. Наилучшее решение проблемы —в создании на границе раздела компонентов мономолеку-лярной пленки со структурой шпинели ЫЮ-АГгОз. [c.69]

Для улучшения смачивания сапфира никелем или алюм1инием и усиления шрочности связи между ними на сапфировые волоша можно также нанести промежуточное тонкое покрытие из сплавов никеля или сплавов типа нихрома. Сегрегируя на поверхности раздела, хром обеспечивает наиболее благоприятное смачивание сапфира никелем, а отсутствие образования новых промежуточных фаз сохраняет исходную высокую прочность арматуры. Иначе решать ту же задачу можно, вводя в никелевую матрицу легирующие компоненты тита на и хрома. [c.70]

В отличие от нитевидных кристаллов сапфира нитевидные кристаллы карбида кремния термодинамически вденее устойчивы, а их взаимодействие с матричным металлом в большей степени требует защитных мер, заключающихся в анесении на поверхность карбидов и силицидов переходных металлов четвертой, пятой и шестой групп периодической системы, например карбидов вольфрама, молибдена, титана и силицида кобальта. Использование никеля в качестве промежуточного защитного слоя в данном случае нецелесообразно, так как оно резко снижает прочность нитевидных кристаллов карбида кремния. [c.70]

Вебб методом высокоразрешающей съемки по Лауэ исследовал строение нитевидных кристаллов кобальта, цинка, железа, никеля, марганца, серебра, палладия и сапфира, выращенных четырьмя различными методами. Наличие единичной винтовой дислокации, определенное по углу закручивания, было обнаружено лишь в палладии и в сапфире. Отсутствие упругого закручивания кристалла не исключает действия дислокационного механизма роста. Возможно, что две или четное количество винтовых дислокаций разных зцаков и одинаковой мощности находятся на равном расстоянии от оси кристалла такая конфигурация не дает упругого закручивания. Дислокации могут также выходить из кристалла путем переползания. Эта возможность вполне вероятна при высоких температурах (Т > V2 пл). [c.364]

Результаты интенсивных исследований по упрочнению никеля нитевидными кристаллами сапфира, проводившихся в течение последних шести лет в Англии, подытожены Кэлоу и Муром [5]. Они также отказались от метода порошковой металлургии, ввиду [c.171]

Реакция между сапфиром и никелем или сплавами на основе никеля протекает при высоких температурах, как следует из наблюдений стабильности частиц AUO3, используемых в диспер- [c.181]

Рис. 15. Рост NiAl204 на поверхности раздела между сапфиром и никелем поело термообработок на воздухе

Основным методом, используемым для получения композиций из монокристаллических волокон сапфира и матриц на основе никеля, является горячее прессование волокон между листами металла обычно этот метод называют диффузионной сваркой [30]. Были опробованы и другие методы, такие, как электролитическое осаждение, жидкостная пропитка, формование взрывом [42], использовались и методы порошковой металлургии [16, 5]. Однако насколько известно авторам, на сегодняшний день для изготовления композиций никель — AljOs успешно применяется только метод горячего прессования в инертной атмосфере, несмотря на значительные усилия затраченные на разработку метода пропитки. [c.199]

Как указывалось в разделе II, большинство из ранних ком позиций, в которых в качестве упрочнителя использовались нитевидные кристаллы сапфира, изготовляли методом пропитки жидкой матрицей нитевидных кристаллов, покрытых металлом. При применении таких матриц, как алюминий или серебро, достаточно легко получались плотные композиции. Для никеля и никелевых сплавов этот метод не подошел из-за растворения металличеси их покрытий. Когда появились моиокристаллические волокна сапфира большего диаметра, стало возможным использовать более толстые покрытия, поэтому были предприняты попытки применения относительно простого и практичного процесса пропитки жидкой матрицей. [c.200]

Кэло и Мур [5] получали композиции с волокнами сапфира Тайко в никелевой матрице методом горячего прессования с использованием 1) порошка чистого никеля или 2) никеля, осажденного на волокне путем разлон ения карбонилЭл или 3) волокон [c.209]

Материал с никелевым порошком в качестве матрицы прессовали для получения композиций с 20 об. % волокон при 1200° С, давлении 21 МН/м в течение 30 мин в вакууме. Для этого метода изготовления характерно поперечное разрушение волокон, хотя суш ественного взаимодействия между матрицей и волокном не наблюдалось. При использовании волокон с никелевым покрытием плотные композиции получали только в случае прессования при 1220° G и давлении 31 МН/м (3,1 кгс/мм ) в течение тех те 30 мин. Поскольку толш,ина покрытия была равна диаметру волокна (0,25 мм), это снижало объемную долю наполнителя до 11—15%. Разрушения волокна не наблюдалось. Взаимодействия между волокном и матрицей обнаружено также не было (измерением прочности извлеченных волокон), хотя, как отмечалось выше, при использовавшихся условиях неизбежно взаимодействие между никелем и сапфиром (в композициях, приготовленных при 1300° С, на поверхности раздела между матрицей и волокном образовывалась шпинель NiAlgOJ. В случае комбинированной матрицы (порошка никеля и волокон с никелевылк покрытием) разрушение волокон при аналогичных условиях прессования происходило реже. В наилучшем варианте длина 90% волокон оставалась выше критической, достаточной для упрочнения никеля как при 20° С, так и при 1100° С. [c.210]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...