Стабильность поверхности раздела

М. Стабильность поверхности раздела. . . ....... 89 [c.77]

Все вопросы стабильности поверхности раздела, кинетики и регулирования реакции связаны с использованием металлических композитов при высокой температуре. Обсуждение этих трех проблем составляет основное содержание данной главы. [c.79]

II. Стабильность поверхности раздела [c.89]

В настоящем обзоре делается попытка всесторонне осветить современное состояние вопроса о роли поверхности раздела в упругопластическом поведении композитов с металлической матрицей. Волокнистые композиты и композиты, изготовленные направленной кристаллизацией, рассматриваются с точки зрения очевидных различий в структуре и стабильности их поверхностей раздела. Особое внимание уделено структуре и стабильности поверхности раздела и ее роли при различных видах нагружения, т. е. растяжении, сжатии, ползучести и усталости. Как будет показано ниже, детали поведения поверхности раздела и ее роль стали проясняться с началом применения сканирующей электронной микроскопии, а также в результате эффективного использования электронной микроскопии на просвет и оптической металлографии совместно с рентгеновским микроанализом. [c.233]

Проведенные Томпсоном и др. [83] исследования стержневого эвтектического сплава Со — Сг с карбидным упрочнением свидетельствуют о прочности связи и высокотемпературной стабильности поверхности раздела. Характеристики кратковременной и длительной прочности приведены на рис. 21. Микроструктура эвтектики практически стабильна вплоть до 1370 К, а эвтектический сплав обладает более высоким сопротивлением ползучести, чем традиционный жаропрочный сплав на кобальтовой основе Маг М-302. Судя по энергии активации, процесс ползучести определяется упрочняющей карбидной фазой, что также подтверждает эффективность передачи нагрузки через поверхность раздела. [c.263]

Сохранение прочности при высоких температурах (боле е 0,9 эвтектической температуры)в композитах направленной кристаллизации обусловлено стабильностью поверхности раздела. [c.263]

Д. Термическая стабильность поверхности раздела [c.364]

Стабильность поверхности раздела. 29, 30 [c.435]

Чаще всего нарушение стабильности поверхностей раздела происходит в результате химических реакций между волокном и матрицей, при которых образуются побочные продукты взаимодействия. Поскольку прочность слоя продуктов реакции меньше прочности армирующего волокна, то при нагружении композиционного материала растрескивание этого слоя будет инициировать разрушение волокон и, следовательно, всей композиции. [c.67]

В общем случае стабильность поверхности раздела достигается наиболее легко в системах с ограниченным взаимным смачиванием компонентов. [c.69]

Термическая и механическая стабильность поверхности раздела композита [c.73]

Отсюда мы пришли к выводу, что в подобных системах, равно как и в системах с быстро растворяющимися или расплавляющимися кристаллами, вообще не существует никаких стабильных поверхностей раздела. Представляется, что наличие стабильной поверхности со связанными молекулами является существенным условием возникновения легкой кавитации. [c.37]

Этот тип нестабильности заключается в неожиданном изменении состояния поверхности раздела. Однако в связи со статистической природой этих изменений и из-за больших площадей поверхности раздела потеря стабильности поверхности может происходить при относительно воспроизводимых условиях. [c.97]

Отсюда следует также, что волокна бора не претерпевают необратимого ухудшения свой ств в процессе очень длительных выдержек (превышающих 1000 ч) при температурах до 894 К- Значит, во всяком случае, при таких температурах композиты титан— бор стабильны и могут применяться на практике. При указанных выдержках стабильна также и поверхность раздела. Если исходить из предельной толщины продукта реакции 0,8 мкм (для прочной матрицы из титанового сплава) и данных по кинетике реакции, приведенных в гл. 3, то можно предсказать, что утрата стабильности по верхности раздела не приведет к потере прочности в процессе выдержки продолжительностью 10 —10 ч при температуре 894 К. [c.165]

Поскольку в волокнистых композитах поверхность раздела является границей физически, химически и механически не совместимых фаз, необходимо знать, какой вклад она вносит в прочность композита. Аналитические модели в предположении совершенной поверхности раздела позволяют просто рассчитать механические свойства. В действительности же может происходить (и часто происходит) потеря стабильности [58, гл. 3]. Поэтому в следующих разделах основное внимание будет уделено анализу свойств хорошо изученных волокнистых композитов. Наиболее детально изучена система алюминий—нержавеющая сталь кроме того, будут рассмотрены системы, армированные волокнами бора и вольфрамовой проволокой. Там, где это возможно, применимость идеализированных моделей к реальным системам будет оцениваться с помощью микроструктурного анализа. [c.238]

К настоящему времени изучен широкий класс эвтектических сплавов, обладающих свойствами композитных материалов. Несмотря на морфологическое разнообразие структур этих сплавов, большинство из них представляет собой распределенный в матрице ориентированный упрочнитель в виде стерженьков (или нитевидных кристаллов) либо ориентированную пластинчатую структуру (рис. 17). Тип структуры зависит, в основном, от объемной доли второй фазы, которая, таким образом, определяет и величину удельной поверхности раздела (общую площадь поверхностей раздела в единице объема). Как правило, эвтектики, содержащие более 30% второй фазы, имеют пластинчатую структуру [17, 39]. При исследовании роли поверхности раздела в процессе деформации эвтектических композитов в первую очередь необходимо изучать кристаллографию поверхности раздела, ее структуру и стабильность. [c.252]

Стабильность является следствием химического равновесия, существующего между фазами композита вплоть до температуры плавления эвтектики исключения представляют лишь случаи фазовых превращений при температурах ниже температуры эвтектического превращения или слабой температурной зависимости растворимости в твердой фазе. Однако для эвтектических композитов характерна большая суммарная площадь поверхностей раздела. [c.256]

Для оценки влияния поверхности раздела на механические свойства рассмотрены результаты аналитических и экспериментальных исследований композитов с металлической матрицей. Для конструкционных композитных материалов наиболее важными являются следующие свойства модуль упругости, пределы текучести и прочности, характеристики микродеформации, ползучести и усталости. Поверхность раздела наиболее полно определяют структура, стабильность и прочность связи. Для оценки прочности связи и эффективности передачи нагрузки полезно простое правило смеси при этом необходимо, однако, учитывать все допущения и ограничения такого подхода. [c.263]

Глава начинается с обсуждения основных термодинамических свойств металлов и окислов, причем основное внимание уделено тем окислам, которые могут быть использованы в виде волокон и покрытий. Затем рассмотрено применение методов термодинамики твердых растворов для оценки стабильности композитов. В обзорном плане изложены обширные литературные данные о взаимодействии жидких металлов с окислами, полученные при изучении процессов изготовления керметов и пропитки усов расплавом. Цель этого обзора —обобщить имеющуюся информацию о смачивании окислов жидкими металлами и вывести основные закономерности. Далее проанализировано соотношение между смачиванием и формированием связи в композитах. Применительно к режимам изготовления и условиям службы композитов рассматриваются диффузионная сварка и твердофазные реакции, причем более подробно— кинетика реакций металл — окисел и характеристики поверхности раздела. Глава завершается анализом имеющихся литературных данных о механических свойствах, чувствительных к состоянию поверхностей раздела. Этот анализ ограничен несколькими металлическими системами, упрочненными окислами, которые изучены в настоящее время. [c.308]

Хотя исследования армированных окислами металлов, связанные с проблемой упрочнения металлов керамическими волокнами, начаты давно, технология получения материалов этого класса разработана очень слабо. Такие высокопрочные тугоплавкие материалы с высоким модулем предполагается использовать для работы при высоких температурах, например, для горячих деталей газотурбинного двигателя. Требование высокотемпературной стабильности материала в таких условиях сильно осложняет проблему изготовления этих композитов по сравнению с композитами, предназначенными для работы при более низких температурах, например А1 — В. Большое внимание, которое сейчас уделяется поверхностям раздела в этих материалах, связано с вопросами совместимости составляющих именно в процессе изготовления материала, когда вопросы взаимодействия наиболее актуальны. В равной степени важно, чтобы сплошность поверхности раздела сохранялась в процессе эксплуатации материала, особенно при температурах ниже температуры его изготовления. Этот вопрос лишь недавно был подробно изучен для металлов, армированных непрерывными волокнами сапфира. [c.350]

Получение эвтектических композитов за одну операцию вместо трех является весьма эффективным способом, так как при этом исключаются некоторые трудности, присущие каждой из трех операций. Так, например, отпадает необходимость манипулировать с отдельными волокнами, как это имеет место в ходе операции выкладки в процессе получения обычных композитов. Кроме того, удается избежать таких осложнений, связанных с процессом образования связи, как неполное смачивание или образование окислов на поверхности раздела. Важными особенностями направленной эвтектической структуры являются строение поверхности раздела, ее морфология, кристаллография, стабильность и поведение под воздействием внутренних и внешних полей напряжений. Эти особенности эвтектического композита будут в центре внимания данной главы. [c.354]

Стабильность поверхности раздела достигается наиболее легко в системах первого класса с ограниченным взаимным смачиванием компонентов композита. Однако в системах второго и третьего классов диффузия, продолжающаяся после затвердева-яия вблизи поверхности раздела, приводит к росту зоны взаимодействия. [c.29]

Стабильность поверхности раздела является основным физикохимическим требованием, выполнение которого обеспечивает высокую эксплуатационную надежность композита. Выполнение этого требования зависит, в свою очередь, от условий нагружения. Установлено, например, что прочность при продольном нагружении композитов Ti70A — В может быть полностью реализована лишь при толщине реакционной зоны (диборида титана) менее [c.30]

Стабильность поверхности раздела является одним из основных требований к металлическим композитным материалам. Перспективность композитов во многом определяется степенью выполнения этого требования. Металлические композитные материалы наиболее перспективны для применения при высоких температурах, при которых полимерные композиты нестабильны, а удовле- творить техническим требованиям могут лишь те материалы, которые стабильны сотни, а лучше тысячи часов. [c.89]

Такой тип структуры особенно заметен после выдержки при 898 К в течение 1 сут и обнарул<нвает сходство с характером структуры в композите А1 — В после нарушения стабильности поверхности раздела и протекания реакции. [c.101]

Все примеры в этом разделе, как можно заметить, относятся к взаимодействию различных волокон с титаном и его сплавами. Это вызвано тем, что в настоящее время большинство важных исследований выполнено для систем с титановой матрицей. Менее полные исследования других систем были упомянуты в предыдущей главе, посвященной стабильности поверхностей раздела. Ниже будут обсуждаться системы Ti — В, Ti — Si , Ti — Ai20a и Ni-AUOa. [c.102]

Меткалф [18] предложил теорию, согласно которой переход от разрушения, определяемого разрывом волокон, к разрушению, контролируемому нарушением стабильности поверхности раздела, должен начинаться при толщине слоя диборида 0,1 мкм в соответствии с уравнением (9) для первого критического значения толщины. Переход должен завершиться при втором критическом значении толщины, составляющем, согласно уравнению (11), [c.161]

Было показано, что первое критическое значение толщины меняется от 0,4 мкм (матрица Ti40A) до 0,55 мкм (более прочная матрица Ti75A). Этот результат означает, что предполох ение об отсутствии поддержки матрицей неверно и что поддержка матрицей конца трещины снижает концентрацию напряжений в борном волокне. Этот вопрос будет рассмотрен ниже в связи с влиянием матрицы и волокна на разрушение, определяемое нарушением стабильности поверхности раздела. [c.161]

Основное физико-химическое требование к поверхностям раздела состоит в том, чтобы в процессе работы композиционного материала они сохраняли свою стабильность. Стабильность поверхностей раздела может быть нарушена в результате протекания химических реакций, процессов сфероидизации или агломерирования. Различают несколько видов физико-химической нестабильности поверхностей раздела в металлических композиционных материалах. [c.66]

Тиллер и др. [66] показали, что критерий минимального переохлаждения на фронте кристаллизации и стабильности поверхности раздела однофазных низколегированных сплавов может быть выражен следующим соотношением [c.116]

Термин значительное изменение химического состава относится также и к малым изменениям, рассмотренным, в частног сти, Грэхемом и Крафтом [20] в связи со стабильностью эвтектических композитов. В этом случае изменения растворимости возникают из-за различия в кривизне поверхностей раздела, как эта следует из соотношения Томсона — Фрейндлиха. Аналогичным образом такому определению удовлетворяют и малые содержания растворенных примесей, ускоряющих рекристаллизацию, что наблюдалось, например, в системе u(Ni)—W [28, 34]. Сюда может быть включен и случай сегрегации элементов на поверхности раздела например, как показано Саттоном и Файнголдом [37], цирконий переходит из никелевого сплава к поверхности раздела с окисью алюминия, что усиливает их связь. Под это определение попадают и связи типа окисных, предложенные для систем псев-допервого класса. Эти связи реализуются между последовательно расположенными фазами от матрицы через поверхность раздела матрица — окисел, окисную пленку и поверхность раздела окисел— упрочнитель к упрочнителю. [c.18]

Представления о природе поверхности раздела усложнились, когда было показано, что теоретически предсказуемые знячения механических свойств могут быть обеспечены разнообразными типами поверхности раздела тем не менее, роль поверхности раздела остается неизменной. Главная ее функция — передача нагрузки между упрочнителем и матрицей — определяется механическими требованиями к поверхности раздела, которые должны выполняться при всевозможных способах нагружения в течение всего времени существования композита. В силу последнего обстоятельства поверхность раздела должна быть стабильной, т. е. отвечать определенным физико-химическим требованиям. [c.24]

Наиболее важное следствие, вытекающее из Сложной природы поверхности раздела, — это кажущаяся стабильность композитов псевдопервого класса. Это явление уже обсуждалось выше и будет рассмотрено далее в других главах книги. Еще один эффект был обнаружен в тех композитных системах, где термодинамическая нестабильность вызывает диффузию через поверхность раздела. При этом часто наблюдается диффузионный небаланс, который приводит к образованию пустот по механизму Киркендалла Однако высокая концентрация несовершенств на поверхност раздела облегчает зародышеобразование при конденсации вакансий и ускоряет порообразование. Кляйн и др. [25] наблюдали такие поры в композите ниобиевый сплав — вольфрамовая проволока после 10-часового отжига при 1590 К (рис. 9). На этом рисунке ясно видно зарождение пор вдоль исходного положения поверхности раздела. [c.35]

Этот тип связи встречается в системах псевдопервого класса при нарушении стабильности и переходе системы во второй или в третий класс. На рис. 2 видна окисная пленка на поверхности раздела в композите алюминий — бор, в котором с образованием диборида алюминия началось разрушение поверхности раздела. Эти представления о смешанных связях дополняет фотоснимок, полученный в сканирующем электронном микроскопе (рис. 3). [c.87]

Согласно теории хрупких поверхностей раздела, развитой Меткалфом [24], правило смеси для расчетов прочности выполняется лишь при условии, что толщина межфазного слоя остается менее критической. Эта критическая толщина обычно очень мала, и для стабильных систем скорость ее роста должна быть низка. Ввиду чрезвычайной важности такой характеристики, как стабильность, выполнено много исследований по скорости роста продукта реакции. Эти результаты будут обсуждаться в разделе, посвященном кинетике. [c.95]

Шмитца и др. [32]. Особый интерес к этой системе обусловлен, в частности, стремлением установить, в какой степени прочность матрицы влияет на допустимый уровень развития реакции на поверхности раздела. Результаты указанных выше работ приведены на рис. И. Каждая точка получена, как правило, усреднением результатов двух или более измерений. Представленные данные получены для четырех партий ленты Ti75A—В, армированной волокнами со средней прочностью от 285 до 346 кГ/мм . Средняя прочность ленты в этих партиях составляла 98, 100, 99 и 100 кГ/мм ,, что свидетельствует о стабильности качества применявшегося в исследовании материала. Стабильными были и результаты, полученные при каждом режиме термической обработки. [c.160]

Тщательные измерения были проанализированы с привлечением представлений о структуре поверхности сапфира. Большие значения тупого краевого угла наблюдаются при низких температурах, когда поверхность сапфира гидролизована. Силы Ван-дер-Ва-альса дают слабую связь, т. е. большое значение ж.т- Эта слабая связь на поверхности раздела затем разрушается с образованием стабильной химической связи, и величина тупого краевого угла уменьшается. Структура поверхности сапфира приближается к его объемной структуре, а ж. т — к Yt при уж. т = ут краевой угол новится равным 90°. Здесь Yt должно быть меньше, чем а значит, много меньше 0,905 Дж/м , что соответствует треть-ему диапазону. [c.321]

На рис. 10 показано влияние легирующих элементов на энергию поверхности раздела в некоторых композитах системы никелевый сплав — окись алюминия. Более электроположительные добавки концентрируются на поверхности раздела. При увеличении сродства легирующего элемента к кислороду уменьшается концентрация этого элемента, обеспечивающая полное покрытие поверхности окисла на границе с расплавом (это связано со свободной энергией образования соответствующих окислов). Если растворенные атомы образуют менее стабильные окислы, чем растворитель, то они, по-видимому, не адсорбируются на поверхности раздела, и энергия поверхности раздела изменяется очень мало. Согласно уравнению адсорбции Гиббса, избыток концентрации на поверхности раздела определяется изменением уж.т в зависимости от активности растворенного вещества. На рис. 11 приведена зависимость Y (. т от концентрации титана в никеле. В области линейной зависимости уж.т (интервал концентрации титана 0,1—1,0%) на поверхности AI2O3 образуется монослой титана. При более высоком содержании Ti в расплаве поверхностное натяжение у , т становится постоянным и составляет 0,4 Дж/м , что соответствует, по-видимому, многослойной адсорбции. В этой области концентраций краевой угол становится меньше ЭО"" ( 70°) и пропитка расплавом становится возможной. [c.323]

Способ пропитки пучка усов расплавом оказался очень полезным для понимания явлений на поверхности раздела жидкий металл — окисел, и с его помощью была установлена возможность упрочнения окислами низкотемпературных металлических матриц. Однако использование этого способа не позволило получить композиты с нужными свойствами, главным образом, из-за трудностей изготовления усов желаемой морфологии и их неоднородности. Проблемы получения требуемых композитов решаются путем использования непрерывных волокон AI2O3, и в настоящее время этот способ более перспективен для получения практически полезных высокотемпературных композитов с металлической матрицей. Как было показано в данной главе, достаточно хорошо разработаны научные основы явлений на поверхности раздела и стабильности армированных окислами композитов при изготовлении их в присутствии жидкой фазы и в твердом состоянии, а также при по- [c.350]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...