Прочность керамических волокон

При изучении механических свойств различных неметаллов нередко наблюдают весьма высокие значения прочности у одних (например, у алмаза, карбидов, нитридов и т. п.) и пластичности у других (например, у многих смол, даже у стекол, при достаточно высоких температурах). Сочетание же высоких значений прочности и пластичности находят только у металлических сплавов, что определяет их широкое применение в технике. Отметим, что для торможения разрушения нужна не общая, а именно локальная пластичность, характеризуемая, например, вязкостью в изломе. Сочетанием керамических волокон (ов 2000 кгс/мм2) с металлической основой (ов 350 кгс/мм ) удается совместить высокую прочность и локальную пластичность. Необходимо различать следующие механизмы пластичности сдвиговый или дислокационный аморфно-диффузионный межфазовое перемещение через растворение и осаждение меж-зеренное перемещение при наличии рекристаллизации. [c.119]

Как правило, матрицей является металл, а армирующим компонентом — волокно. Однако возможно, когда матрицей будет керамическая фаза. Например, композиционной будет корундовая матрица, армированная волокнами нитрида алюминия или бора. Известно много вариантов таких композиций. Свойства волокнистых композиций зависят от природы компонентов, их соотношения, технологии производства. Большое значение имеют свойства волокон, которые различаются по кристаллическому строению (моно- и поликристалличе-ские), размерам (непрерывные или прерывные — штапельные) волокна обычно оценивают по соотношению длины / к диаметру d. Известно, что волокна обладают исключительно высокой прочностью, приближающейся у ряда материалов к теоретической. В табл. 53 приведены некоторые свойства нитевидных кристаллических волокон. [c.246]

Среди перечисленных высокопрочных волокон преимущество по удельной прочности и жесткости остается за керамическими нитевидными кристаллами. Отдельные, рекордные нитевидные кристаллы имеют прочность, близкую к теоретической, например усы сапфира, [c.351]

Армируя металлическую матрицу керамическими усами и волокнами, можно получать композиции высокой прочности, а изменяя объемную долю волокон — получать материалы с варьируемыми прочностью и сопротивлением распространению трещины. [c.177]

Дальнейшие перспективы создания волокнистых композиций в первую очередь связаны с новыми способами получения таких композиций, а также с выбором и получением наиболее прочных керамических усов и волокон. За последние 2—3 года развернулись большие работы по созданию композиций, упрочняемых усами, непосредственно выделяемыми из матрицы, либо термообработкой, либо направленной кристаллизацией расплава [17, 18, 30, 75. Сравнительно недавно удалось получить волокна из окиси бериллия, обладающие высокой жаропрочностью. Предполагается [76] их использовать в упрочнении элементов конструкций ракет и керамики в ядерных реакторах. Первые попытки использования волокон графита для упрочнения хотя и окончились неудачей, однако их по-прежнему считают наиболее перспективными для создания жаропрочных материалов [12]. Получены также волокна бора, считающегося одним из наиболее перспективных материалов [76], прочность которых в ближайшее время удастся повысить более чем в 12 раз по сравнению с существующей. В настоящее время работы по получению керамических усов и волокон ведутся в широких масштабах многими исследовательскими учреждениями США и Англии. [c.200]

Значительные усилия были потрачены на разработку суперсплавов, армированных керамическими или металлическими нитями. Армирующий материал должен быть жестким, прочным и стабильным. Керамические волокна обладают всеми этими свойствами и, кроме того, прекрасным сопротивлением окислению и коррозии и низкой плотностью. К сожалению, суперсплавы, армированные керамическими волокнами, подвержены разъеданию непосредственно в местах прямого контакта с поверхностью волокон, а вследствие несоответствия коэффициентов термического расширения керамических волокон и металлической матрицы их прочность не соответствует ожидаемой. Применений тугоплавких металлических волокон, главным образом на вольфрамовой основе, привело к лучшим результатам из-за их способности компенсировать термонапряжения, вызываемые различием коэффициентов термического расширения, за счет пластической деформации. Суперсплавы, армированные волокнами из вольфрамовых сплавов, на практике показали значительно более высокое термоусталостное сопротивление при быстром термоциклировании до 1100 °С, чем обычные суперсплавы [31]. Характеристики [c.303]

Создание композитов керамическая матрица—керамическое волокно сдерживается отсутствием производительных методов получения длинномерных керамических волокон, обладающих высокими значениями прочности. Это монокристальные или поликристаллические беспористые волокна. Особый интерес представляют композиты керамическая оксидная матрица—керамическое оксидное волокно с точки зрения использования их в ГТД при температурах выше 1500 °С в окислительной среде. [c.255]

Как показали Саттон и Файнгольд [46], активные элементы, такие, как титан имеют тенденцию мигрировать к поверхности раздела сапфир — матрица и ухудшать поверхность волокна (вызывая снижение прочности). В связи с этим титан, который часто добавляется в суперсплавы для образования упрочняющей-у -фазы, является нежелательной добавкой в матрице, используемой для упрочнения сапфировыми волокнами. Очень прочные твердеющие сплавы также нежелательно использовать в качестве матриц из-за трудностей при изготовлении2,и особенно в связи с повышением вероятности механического повреждения волокон в процессе диффузионной сварки. Идеальная металлическая матрица для сапфировых (или иных керамических волокон) должна обладать хорошим сопротивлением окислению (или легко поддаваться покрытию), хорошо обрабатываться, быть химически совместимой с волокном, а также иметь достаточную прочность при повышенных температурах, чтобы обеспечивать заданную прочность композиции в поперечном направлении (возможно дополняемую [c.211]

При создании КМ на титановой основе встречаются трудности, вызванные необходиммостью нагрева до высоких температур. При таких температурах титановая матрица становится очень активной она приобретает способность к газопоглощению, взаимодействию с многими упрочнителями бором, карбидом кремния, оксидом алюминия и др. В результате образуются реакционные зоны, снижается прочность как самих волокон, так и КМ в целом. Кроме того, высокие температуры приводят к рекристаллизации и разупрочнению многих армирующих материалов, что снижает эффект от армирования. Поэтому для упрочнения материалов с титановой матрицей используют проволоку из бериллия и керамических волокон тугоплавких оксидов (AI2O3), карбидов (Si ), а также тугоплавких металлов, обладающих большим модулем упругости и высокой температурой рекристаллизации (Мо, W). Причем целью армирования является [c.467]

Разрботан технологический процесс получения керамических волокон из минерала кионит (ЗА1гОз-25102). Эти волокна сохраняют достаточно высокую механическую прочность при температуре до 1100°С [285]. Имеются сведения об экспериментальном производстве непрерывных керамических волокон. [c.207]

По всей видимости, неразумно проектировать композиционный материал с высокой прочностью на растяжение, обладающий одновременно малой пластичностью. В настоящее время мы еще не в состоянии спроектировать и создать керамический ротор, способный протавостоять удару и эрозии. Хрупкие композиционные материалы также обладают чувствительностью к отверстиям, царапинам и трещинам, особенно при действии ударных нагрузок. Условием создания надежной конструкции является обеспечение большей пластичности на мини- и микроуровне по сравнению с той, которую можно достичь в статистически однородной хрупкой керамике (без примесей) или в композиционном материале из хрупких прочных волокон в хрупкой матрице. Это значит, что обеспечение надежности конструкции за счет некоторого снижения ее прочности не только желательно, но и необходимо. [c.17]

В последнее время как за рубежом, так и в СССР применяют новые волокнистые армирующие наполнители, из которых необходимо отметить следующие кварцевые волокна, прочность которых 600—650 кГ1мм при диаметре волокна 0,8—1 мкм-, керамические волокна, температура размягчения которых— 1760— 1800 С каолиновые волокна с температурой размягчения 1500° С и высокой стойкостью к действию влаги графитовые и карбонизованные волокна, получаемые пиролизом естественных и синтетических органических волокон при температурах 700— 900 и 2700—3000° С волокна диаметром от 5 до 50 мкм с содержанием углерода свыше 98% относятся к графитовым, а волокна с содержанием углерода от 91 до 98% — к карбонизованным 12 179 [c.179]

ККМ с волокнами карбида кремния. При практически равной прочности эти ККМ имеют преимущества перед аналогичными материалами с углеродными волокнами - повышенную стойкость к окислению при высоких температурах и значительно меньшую анизотропию коэффициента термического расширения. В качестве матрицы используют порошки боросиликатного, алюмосиликатного, литиевосиликатного стекла или смеси стекол. Волокна карбида кремния применяют в виде моноволокна или непрерывной пряжи со средним диаметром отдельных волокон 10 - 12 мкм ККМ, армированные моноволокном, по-лл чают горячим прессованием слоев из лент волокна и стеклянного порошка в среде аргона при температуре 1423К и давлении 6,9МПа. Керамический композит Si-Si , получаемый путем пропитки углеродного волокна (в состоянии свободной насыпки или в виде войлока) расплавом кремния, может содержать карбидную фазу в пределах 25 - 90%. Механические характеристики ККМ увеличиваются с ростом содержания Si . ККМ с волокнами углерода и карбида кремния обладают повышенной вязкостью разрушения, высокой удельной прочностью и жесткостью, малым коэффициентом теплового расширения. [c.159]

Низкая теплопроводность большинства композитов позволяет эксплуатировать их без дополнительной теплозащиты в условиях интенсивного кратковременного поверхностного нагрева. Высокая теплостойкость углеродной кар-бонизованной и керамических матриц в сочетании с высокой прочностью, жесткостью и теплостойкостью углеродных волокон обеспечивает получение материалов, сохраняющих высокий уровень механических характеристик при температурах, превышающих температуры плавления [c.273]

Японской фирмой Норитаке разработан новый высокопрочный композит с керамической матрицей, армированный углеродными волокнами Материал обладает высокой ударной вязкостью, которая в 6 раз выше ударной вязкости традиционных керамических материалов и не ухудшается в интервале температур до 1200 °С. Его изготовляют методом фила-ментарной намотки, применяя в качестве исходного связующего суспензию из нитрида кремния или муллита. После сущки заготовку спекают при 1700 °С методом горячего прессования под давлением 35 МПа. Для получения материала с высокими характеристиками по прочности на разрыв и вязкости разрущения, содержание углеродных волокон в материале должно составлять от 30 до 45 %. Такой материал имеет вязкость разрущения 29 МПа и прочность при изгибе 690 МПа в случае использования в качестве матрицы нитрида кремния, и 18 и 610 МПа соответственно в случае использования муллита. [c.240]

Связь между компонентами в КМ на неметаллической основе осуществляется с помощью адгезии. Плохой адгезией к матрице обладают высокопрочные борные, углеродные, керамические волокна. Улучшение сцепления достигается травлением, поверхностной обработкой волокон, называемой вискеризацией. Вискеризация — это выращивание монокристаллов карбида кремния на поверхности углеродных, борных и других волокон перпендикулярно их длине. Полученные таким образом мохнатые волокна бора называют борсик . Вискеризация способствует повышению сдвиговых характеристик, модуля упругости и прочности при сжатии без снижения свойств вдоль оси волокна. Так, увеличение объемного содержания нитевидных кристаллов до 4 - 8 % повышает сдвиговую прочность в 1,5 - 2 раза, модуль упругости и прочность при сжатии на 40 -50 %. [c.449]

Синтетические волокна успешно конкурируют с на-гуральны.ми и по прочности и по экономичности. Но если хлопок, лен, шерсть легко окрашиваются и долго сохраняют цвет, то синтетические волокна трудно поддаются окраске и значительно быстрее тускнеют. Сотрудники Украинского научно-исследовательского института стекольной и фарфоро-фаянсовой промышленности предложили синтетические волокна обрабатывать керамическими красителями. Результаты превзошли все ожидания. Керамическая краска вместе с капроновой крошкой в среде азота расплавляется при определенной температуре. Потом эту массу вытягивают в нитку, но уже цветную. Повысить интенсивность окраски волокон керамическими красителями помог ультразвук. Он дал возможность достичь нужного измельчения пигментных зерен, получить высокодисперсные краски, способные равномерно распределиться по капроновой массе. [c.120]

Перспективными для деталей турбин и компрессоров ГТУ, работающих при повышенных температурах, в настоящее время считаются керамические материалы (керметы), металлоокисные сплавы систем А1 - АЬОз (САП), N1 - АЬОз и др. и композитные материалы. Эти материалы состоят из сравнительно пластичной матрицы (А1 и Ni - для деталей компрессора, N1 и Со - Для деталей турбины) тугоплавких карбидов, нитридов или карбонитридов (для керметов), тугоплавких окислов (для САП) и, наконец, нитевидных волокон бора и карбидов кремния (для композитных материалов). Применение этих материалов позволяет снизить массу деталей (за счет повышения у (ельной прочности) и достичь рабочих температур 1100 - 1300 С, которые для жаропрочных материалов на железной и никелевой основе являются слишком высокими. [c.41]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...