Покрытия волокон бора карбидом бора

Электролитические методы позволяют получать композиционные материалы в результате осаждения матричного материала на нитевидные кристаллы и волокна, которые непрерывно находятся в контакте с катодом. Процесс протекает при низкой температуре и в отсутствие давления, что практически полностью исключает разрушение волокон и вредное влияние температурного фактора. Покрытие получается плотным, беспористым в том случае, если оно равномерно покрывает поверхность волокон и пространство между ними. Пористость наблюдается при использовании волокон бора, карбида бора или металлических волокон диаметром более 100 мкм. [c.274]

В качестве армирующих элементов слоистых и волокнистых композиционных материалов с металлической матрицей применяются волокна из углерода, бора, карбида кремния, оксида алюминия, высокопрочной стальной проволоки (сетки), бериллиевой, вольфрамовой и других проволок. Для обеспечения химической стойкости в расплаве матрицы и сцепления волокна с матрицей применяют защитные барьерные покрытия на волокнах из карбидов кремния, титана, циркония, гафния, бора, из нитридов и окислов этих и других элементов. При этом получается сложная многокомпонентная система матрица — переходный слой продуктов химического воздействия матрицы с барьерным покрытием — слой волокна. Механические свойства за счет армирования повышаются в 1,5—3 раза (удельные в 2—5 раз) в зависимости от объемной доли и способа введения армирующих волокон. [c.78]

Технологическими и пластифицирующими покрытиями волокон бора, бора с покрытием карбида кремния, а также карбидокремниевых волокон являются покрытия из алюминия и сплавов на его основе, наносимые методом протягивания волокон через расплав. Эти покрытия существенно стабилизируют прочность перечисленных волокон. [c.25]

На рис. 5 показано, какое число п разрывов внутренних волокон на единицу объема образовывалось в современных композитах с волокнами бора или бора, покрытого карбидом кремния, при увеличении числа циклов осевой нагрузки N. Для обоих композитов число разрывов волокон монотонно возрастало с увеличением /V, но в случае волокон с покрытием число п было приблизительно в 3—5 раз больше. Разрывы волокон распределялись хаотичным образом, а усталостные повреждения развивались [c.408]

До сих пор продукты реакций на границах раздела и хрупкие покрытия оказывали, по-видимому, вредное влияние на усталостную прочность композитов с волокнами бора. Однако покрытие волокон карбидом кремния ухудшает только малоцикловую усталостную прочность композитов. Вследствие этого для такого материала прогнозируемая способность выдерживать циклические перегрузки резко ограничена по сравнению с той, которая получится для композитов на основе волокон без покрытия. [c.435]

Основная проблема при армировании алюминия волокнами бора — предотвращение взаимодействия бора с алюминием. Поэтому промышленный композиционный материал (ВКА-1), содержащий 50% волокон бора, был получен диффузионной сваркой пакета, составленного из чередующихся листов алюминиевой фольга с закрепленными на них слоями борных волокон. Покрытие борного волокна нитридом бора или карбидом кремния (волокно борсик) снижает его взаимодействие с алюминиевой матрицей даже в расплавленном состоянии. В этом случае открывается возможность получения композиционного материала жидкофазными методами. [c.276]

Более высокие температуры и большая продолжительность службы материалов, которые изготовляют с помош,ью вышеуказанных методов, могут быть достигнуты покрытием волокон. Эти покрытия (диффузионные барьеры) сводят до минимума или исключают процессы, приводящие к ухудшению свойств. Волокна бора с покрытием из карбида кремния — пример успешного контроля взаимодействия с помощ,ью покрытий. [c.252]

В заключение можно отметить, что теория поверхностного взаимодействия предсказывает, что все хрупкие реакционные слои будут растрескиваться при деформации, определяемой их прочностными и упругими свойствами. Степень опасности этих трещин зависит от их длины, которая в свою очередь определяется толщиной реакционного слоя. Когда уровень концентрации напряжения, вызванной трещиной, меньше уровня концентрации напряжения, обусловленной уже существующими дефектами в волокне, прочность композиционного материала пе изменяется. По мере увеличения длины трещины сверх критического значения, определяемого равенством действия этих двух типов концентраторов напряжения, происходит постепенное сния ение прочности. При значениях длины, превышающих второе критическое значение, разрушение реакционной зоны немедленно приводит к разрушению волокна. Волокна с чрезмерной толщиной реакционного слоя разрушаются при деформации 0,25% и напряжении 105 кгс/мм в случае волокон бора, для волокон бора с покрытием из карбида кремния эти величины составляют 0,45% и 189,8 кгс/мм соответственно. Было показано, что для материала титан — бор упругое закрепляющее действие матрицы влияет на величину допустимого реакционного слоя. График соответствующей зависимости показывает, что в случае матрицы, сохраняющей упругость до предела деформации волокон, допустимая толщина реакционного слоя должна составлять около 8000 А. Многие титановые сплавы остаются упругими до этой точки, отвечающей пределу упругости 96 ООО фунт/кв. дюйм (67,5 кгс/мм ), в предположении, что модуль упругости равен 16 X 10 фунт/кв. дюйм (11 249 кгс/мм ). [c.289]

Волокно карбида кремния менее реакционноспособно в алюминии по сравнению с борным волокном, поэтому карбид кремния применяется в качестве покрытия на волокнах бора (борсик). Однако большая плотность волокон из карбида кремния (на 30%) и невысокие прочностные свойства делают их менее привлекательными. [c.425]

Для защиты борных волокон от взаимодействия с расплавом алюминия на их поверхность наносят покрытия из карбида кремния (борсик) или карбида бора. [c.870]

Для многих видов волокон разработаны технологические процессы нанесения покрытий для обеспечения лучшей смачиваемости и окалино-стойкости и оптимального взаимодействия волокна с матрицей. Борные волокна защищают от реагирования с расплавами титана и алюминия созданием на поверхности диффузионного барьера из карбидов кремния или бора. Волокна бора, защищенные карбидом кремния, называют борсик . Из-за высокой окислительной способности углеродных волокон на их поверхность наносят специальные покрытия, а процессы переработки осуществляют в защитной атмосфере. [c.872]

На волокна бора без покрытия или с покрытием В4С плазма оказывает некоторое адсорбционно-химическое воздействие, чем и объясняется небольшое снижение прочности волокон. Волокна карбида кремния и волокна бора с покрытием карбида кремния в результате плазменного напыления могут даже несколько упрочняться (до 10% исходной прочности), что объясняется [6] перераспределением и частичным снятием внутренних напряжений в волокнах. Это различие в характере изменения исходной прочности волокон связано еще и с тем, что карбид кремния обладает высокой [c.88]

При диффузионной сварке пакетов — заготовок бороалюминия [22] давление определяется материалом матричной составляющей, например, если используют материал ВКА-1, то температура деформирования составляет 500—520 °С, если технический алюминий АД1 или материал САП [22], то 620—640 °С давление в обоих случаях составляет 30—35 МПа [22]. Время выдержки под давлением в этих условиях 15—20 мин [6]. При использовании для армирования волокон бора с покрытием карбида кремния композиции на основе алюминия получают диффузионной сваркой по режимам, зависящим не только от материала матрицы, но и от атмосферы, в которой осуществляется процесс [21]. [c.109]

Прочность сердцевины значительно ниже прочности волокна в целом. В сердцевине возникают напряжения сжатия, а в прилегающих участках бора — напряжения растяжения. Это приводит к появлению остаточных напряжений и возникновению радиальных трещин. При небольшой плотности волокна бора обладают высокой прочностью и жесткостью. Высокая прочность борных волокон объясняется мелкокристаллической структурой. Большое влияние на прочность оказывает и структура их поверхности. Поверхность имеет ячеистое строение, напоминающее по внешнему виду початок кукурузы (рис. 14.28). Наличие крупных зерен на поверхности, а также включений, трещин, пустот снижает прочность борных волокон. При температуре выше 400 °С борные волокна окисляются, а выше 500 °С вступают в химическое взаимодействие с алюминиевой матрицей. Для повышения жаростойкости и предохранения от взаимодействия с матрицей на борные волокна наносят покрытия из карбида кремния, карбида и нитрида бора толщиной 3-5 мкм. [c.452]

Принципиальная схема изготовления композиционного материала электрохимическим методом с использованием непрерывных волокон показана на рис. 79. Волокно перематывается с катушки через натяжное приспособление на специальную металлическую оправку, служащую катодом. Оправка частично погружена в электролит и совершает вращательное движение с заданной скоростью. Анод, изготовляемый из осаждаемого металла высокой чистоты, помещается на определенном расстоянии. Частота вращения оправки определяется скоростьго осалодения покрытия н требуемым содержанием волокон в композиционном материале. Характер осаждения и формирования монослойного и многослойного материала в значительной степени зависит от диаметра волокон, расстояния между волокнами на оправке, электропроводности волокон и условий осаждения. Плотный, бесгюристый материал получается тогда, когда покрытие равномерно покрывает поверхность волокон и пространство между волокнами. При использовании в качестве упрочнителя тонких, непроводящих волокон, как правило, не наблюдается образования пористости, н композиционный материал фактически не требует дальнейшего уплотнения методом прессования, спекания или прокатки. При использовании же волокон бора, карбида бора или металлических волокон диаметром 100 мкм и более в процессе формирования композиции образуется пористость. [c.176]

Снайд [35] изучал совместимость изготовленных им волокон диборида титана с титаном. Совместимость в данной системе оказалась существенно выше, чем в системе титан —бор, однако в дальнейшем это направление не развивалось под действием ряда факторов. Главный из них — низкая прочность и высокая плотность волокон диборида титана. Поэтому основное внимание стали уделять второму и третьему из перечисленных выше направлений. Разработка покрытий, особенно для высокотемпературных применений, связана с трудностями, поскольку при наличии покрытия вместо одной поверхности раздела появляются две. Однако удачный выбор покрытия, совместимого с упрочнителем, позволяет свести проблему совместимости матрицы с волокном к совместимости матрицы с покрытием. С этой точки зрения волокна бора с покрытием из карбида кремния (торговое наименование борсик ) должны взаимодействовать с титаном так же, как карбид кремния. Значит, поверхность раздела должна удовлетворять тем же гЬизико-химическим требованиям, и в дальнейшем обсуждение может быть ограничено характеристиками композитных систем либо типа матрица — покрытие, либо типа матрица — волокно. В табл. 1 есть примеры системы, в которой волокно защищено покрытием (алюминий — бор, покрытый нитридом бора), и системы, в которой, как полагают, покрытие взаимодействует с матрицей так же, как волокно (система алюминий — карбид кремния, характеризующая поведение системы алюминий — бор, покрытый карбидом кремния). [c.28]

Для измерения критического поверхностного натяжения волокнистых материалов был предложен флотационный метод [67]. За критическую величину поверхностного натяжения волокна принималось поверхностное натяжение жидкости, по достижении которого происходило погружение волокна в жидкость, причем плотность волокна несколько превышала плотность флотационной жидкости. Значения уе органических полимерных волокон и волокон, покрытых полимерами, можно сравнивать с величиной ус, определенной с помощью метода Цисмана [113] (табл. И). Интерпретация экспериментальных данных, полученных для волокон карбида кремния и волокон бора с покрытием карбида кремния, вызывает некоторые затруднения, так как значения ус, полученные двумя указанными методами, существенно различаются. Еще [c.250]

В начале 50-х годов начали проводиться работы по изысканию способов предотвращения снижения прочности стеклопластиков на сдвйг и изгиб после кипячения в воде. В результате было разработано несколько защитных материалов, известных как покрытия, иЛй аппреты. Они оказались чрезвычайно эффективными и позволили повысить прочность стеклопластиков при комнатной температуре непосредственно после изготовления и стабилизировать ее при комнатной температуре после увлажнения, (табл. 18 и 19). Силановая обработка стеклянных волокон способствовала упрочнению адгезионной связи на поверхгюсти раздела в стеклопластиках [53, 54, 77, 94]. Были разработаны также способы предотвращения деструкции ПОД действием воды композитов на основе волокон бора й карбида кремния. Установлено, что после окисления воло- [c.266]

Волокна бора и карбида кремния применяют в качестве армирующих компонентов композиционных материалов с алюминиевой, магниевой и титановой матрицами. В случае нагрева выше 500° С волокон бора с алюминиевой матрицей (при изготовлении композиции) имеет место химическое взаимодействие с образованием фазы AlBj. Активное взаимодействие приводит к снижению свойств волокна и к падению прочности композиционного материала в целом. Это вызывает необходимость нанесения на борные волокна тонкого слоя покрытия (3—5 мкм). Такими покрытиями, защищающими волокна от взаимодействия с матрицей, являются карбиды кремния и бора, нитриды титана, бора и кремния и др. [c.36]

Волокна карбида кремния и карбида бора производят в опытных количествах. Эти волокна получают путем химического осаждения паров на нагретую подложку из вольфрама или углерода способом очень близким к методу, который используется для получения волокон бора. Наиболее пригодной газовой смесью для получения волокон карбида кремния является смесь метилди-хлорсилана с водородом, а для получения волокон карбида бора— смесь металла с трихлоридом бора. Эти покрытия имеют кристаллическую структуру и поверхность волокна, чувствительную к истиранию. Кристаллические структуры В4С и Si лучше сопро- [c.40]

Композиционные материалы с алюминиевой матрицей армируют волокнами стекла, бериллием, высокопрочной стальной проволокой, карбидом кремния и нитевидными кристаллами различного типа. Композиции с алюминиевыми сплавами, армированными волокнами окиси кремния, изучены Кретли и Бейкером [8]. Композиции изготовляли путем операции высокоскоростного покрытия волокон алюминием из расплава с последующим горячим прессованием покрытых проволок. Композиции содержали приблизительно 50 об. % волокна, при этом достигалась прочность 0,85 ГН/м (91 кгс/мм ). Установлено, что прочность композиционного материала сильно зависит от параметров горячего прессования и, конечно, никакого повышения модуля упругости по сравнению с матрицей не было получено. Но ввиду общего превосходства системы алюминий — бор, а также из-за серьезной проблемы совместимости между волокном и матрицей с этой системой проводились небольшие по объему работы. [c.45]

В табл. 8 обобщены сравнительные данные для композицион-пых материалов, изготовленных с применением основных армирующих волокон. Прочность и жесткость оценены по сравнению со свойствами типичного титанового сплава Ti—6% А1—4% V. В ряде случаев они сравнены с перспективными свойствами, дости-н ение которых предполагается, если будут преодолены производственные трудности. Высокотемпературная удельная прочность относится к 600—1200° F (316—649 С), к этому же температурному интервалу относится характеристика стабильности. Четыре последних армирующих материала — бор и бор, покрытый карбидом кремния, карбид кремния и окись алюминия — располагаются в порядке возрастания плотности и снижения прочности. Однако потенциальная прочность при комнатной температуре у композиционных материалов, изготовленных из первых трех видов волокна, примерно одинакова и оценена одинаковым показателем. Значительно более высокая плотность окиси алюминия (4 г/см ) отрицательно влияет на потенциальную прочность и нсесткость композиционных материалов, изготовленных с этим армирующим волокном. [c.330]

С, сохраняя при этом свою прочность. На воздухе они начинают Окисляться при температуре около 450° С. Повышение окислительной устойчивости борных и углеродных волокон обеспечивается нанесением на их поверхность кислородостойких защитных покрытий из тугоплавких соединений. Для углеродных волокон наибольшее распространение получили пиролитические покрытия, для борных волокон — покрытия карбида кремния и карбида бора. [c.586]

II Нанесение барьерных покрытий на армирующие наполнители, например покрытий нз тугоплавких металлов, карбидов титана, гафния, бора, нитридов титана, бора, окислов иттрия на волокна углерода, бора, карбида кремния. Некоторые барьерные покрытия на волокнах, пренмуществеино металлические, служат средством улучшения смачивания волокон матричными расплавами, что особенно важно прн получении композиционных материалов жидкофазнымн методами [5]. Такие покрытия часто называют технологическими [c.493]

Потребность в композитных материалах, состоящих из термодинамически несовместимых компонентов, при искусственном объединении которых происходят диффузия через поверхность раздела и сопутствующие вредные эффекты, привела к интенсивной разработке барьерных слоев, предотвращающих диффузию между составляющими композита. Применение воло кон бора, покрытых карбидом кремния (борсик) и нитридом бора для упрочнения алюминиевых сплавов, заметно снизило скорость реакции между волокном и матрицей (гл. 3). Благодаря этому были созданы композиты, прочность которых в условиях повышенных температур сохранялась много дольше. Таким образом, дополнительная стоимость защиты волокон компенсируется улучшением свойств композитов. [c.48]

Взаимодействие покрытых карбидом кремния борных волокон с титаном исследовали Кляйн и др. [20] на образцах из непрерывной ленты с 30 волокнами, что соответствовало их содержанию в матрице 25 об.%. Методы исследования подобны описанным ранее для системы Ti — В. Исходная толщина покрытия карбида кремния составляла примерно 3,8 мкм. Таким образом, толщина зоны взаимодействия более 4 мкм авидетельствовала о реакции с волокном бора. С этого момента скорость реакции начинает уменьшаться и рост реакционной зоны уже не следует параболическому закону, определенному по данным за короткие промежутки времени. Одновременно в волокне появляются поры. [c.120]

Судя ПО этим данным, наименьшая скорость реакции характерна для бора, далее следуют карбид кремния и окись алюмл-ния. Легирование матрицы может увеличивать или уменьшать скорость реакции. Если волокно состоит из одного элемента (бора), то количество образующегося продукта реакции, видимо, прямо пропорционально количеству прореагировавшего бора. Однако для волокон из соединений или волокон с покрытием эта зависимость не соблюдается. Небольшое количество элементов внедрения из соединений AI2O3 или Si переходит в матрицу и, растворяясь н ней, вызывает упрочнение и охрупчивание, и тем не менее скорость взаимодействия матрицы с такими волокнами выше, чем с борным волокном. Тресслер и Мур [46] отмечают, что в композите титан — окись алюминия допускается большая степень химического взаимодействия, чем в материалах титан — бор и титан — карбид кремния. Этот вопрос будет обсуждаться в гл. 4 в связи с анализом механических свойств при растяжении и в гл. 8, посвященной композитам с окисным упрочнением. [c.125]

Борные волокна с покрытием из нитрида бора оказались весьма стабильными в контакте с расплавленным алюминием. Кэй-мехорт [8] показал, что до тех пор, пока сохраняется целостность этого покрытия, борное волокно остается неповрежденным в расплаве алюминия при 1073 К. На основании этих данных был разработан способ изготовления композитов А —В путем пропитки волокон расплавленным металлом. Форест и Кристиан [11] исследовали сдвиговую и поперечную прочности композита, состоящего из борных волокон с нитридным покрытием н матрицы из алюминиевого оплава 6061. Материал был изготовлен диффузионной сваркой. Прочность этого композита на сдвиг оказалась меньше, а поперечная прочность — существенно меньше, чем материалов, армированных волокнами бора и борсика. Такие низкие значения прочности, возможно, обусловлены слабой связью между нитридом бора и алюминием, хотя в работе отсутствуют данные о характере разрушения, которые могли бы подтвердить это предположение. Связь между алюминием и борным волокном с покрытием из карбида кремния в меньшей степени зависит от способа изготовления материала. По заключению авторов цитируемой работы, наиболее удачное сочетание механических свойств имеет композит алюминиевый сплав бОбГ —непокрытое борное волокно, закаленный с 800 К с последующим старением. [c.128]

Как видно из рис. 21, при 1033 К покрытие из карбида кремния не изменяет константу скорости реакции бора с титалом. Неправильно рассматривать карбид кремния как жертвенное покрытие, которое задерживает реакцию до тех пор, пока слой карбида не израсходован. Эта точка зрения не учитывает того вредного влияния, которое оказывают продукты реакции с участием жертвенного покрытия. Анализ, проведенный Меткалфом [24], и последующие эмспериментальные результаты Кляйна и др. [20] показывают, что продукты реакции вызывают начало разупрочнения волокон в той же мере, что и сама реакция, хотя реакция с карбидом кремния приводит к меньшему разупрочнению, чем реакция с бором. [c.130]

Борное волокно получается осаждением бора нз газовой фазы на поверхность разогретой вольфрамовой проволоки. Вследствие диффузии и взаи юдействия между бором н вольфрамом последний превращается в бориды вольфрама. Таким образом, наружная оболочка волокна состоит пз металлического бора, сердечник — из кристаллических боридов переменною сос тава. Борные волокна имеют с1 = 90 150 мкм, = 280 ч-320 К1 с, г г, г, = 0.7 0.8",. Е = 39000 40000 кгс/.чгм , выпускаются под марками БН и борофил (США). При температуре > 400 С волокна окисляются и требуют нанесиига защитных покрытий (карбиды). Ячеистая микроструктура борных волокон обеспечивает высокую прочность при сдвиге на границе раздела с матрицей. [c.427]

При изготовлении труб из бороалюминия (волокна бора с покрытием карбида кремния) средний коэффициент уменьшения сечения уплотняемой заготовки составлял 1,065 а = = 7° 0= 0,1 м/мин. Трубы с объемной долей волокон 43%, компактиро-ванные при температуре 580 за восемь переходов при высоте пресс-шайбы 71 10 мкм и а 1, возраставшим от перехода к переходу от 8 до 28 МПа, имеют компактное строение, полностью сохраняют сплошность волокон, между составляющими композита образуется прочное соединение, сопротивление разрушению труб при растяжении 950 МПа [10]. Полученные по такой же схеме трубы из материалов АД1-В и Д16-В с объемной долей волокон 57% имеют более высокие значения указанной характеристики — соответственно 980 и 1150 МПа [13]. [c.107]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...