Дибориды Прочность

Титана диборид — Прочность 415, 416 [c.541]

До сих пор речь шла о требованиях, которым должна удовлетворять поверхность раздела для эффективной передачи нагрузки между матрицей и волокнами. Еще одно важное требование заключается в том, что появление поверхности раздела не должно уменьшать вклад волокон в общую прочность композита. Последнее требование, вообще говоря, предусматривает неизменность собственной прочности волокон при образовании композита, хотя и допускает изменение прочности извлеченных волокон. Это кажущееся противоречие может быть разрешено, если рассмотреть различие между поведением волокон и матрицы, взаимодействующих в композите, и их индивидуальным поведением. Например, титан и бор, как показано выше, образуют истинный композит, если реакция между ними не достигает критического уровня развития. Однако извлеченные волокна бора явно разупрочнены, так как берега трещин в образовавшемся при реакции покрытии из ди-борида титана больше не поддерживаются матрицей. В то же время собственная прочность сердцевины волокна, состоящей из бора, очевидно, не меняется. Хороший пример этого рассмотрен в гл. 4, где показано, что в полностью разупрочненных композитах алюминий — бор каждое волокно бора окружено толстым слоем диборида алюминия. Прочность извлеченных волокон меньше, чем в композите однако после стравливания слоя диборида алюминия с извлеченных волокон бора их прочность примерно удваивается, практически достигая первоначального значения. [c.26]

Следует выделить три участка на кривой зависимости прочности борных волокон от толщины зоны взаимодействия. На первой стадии (участок 1) деформация до разрушения (прочность) волокон не зависит от толщины слоя диборида, так как разрушение волокон определяется собственной популяцией дефектов. Первая критическая толщина Хкр = 1000 А. Интересно отметить, что высокопрочные борные волокна более чувствительны к реакции взаимодействия, так как Хкр уменьшается с повышением прочности волокон (участок/ ). Вторая критическая толщина для рассматриваемого случая равна 5000 А. Прочность борных волокон снижается пропорционально lYх пр и изменении толщины слоя продуктов реакции от 1000 до 5000 А (участок 2). Разрушение волокон на этой стадии инициируется трещинами в боридном слое. Участок 3 кривой при толщинах зоны взаимодействия свыше 5000 А соответствует одновременному разрушению слоя диборида и волокон при постоянной деформации 0,25, равной деформации до разрушения массивного диборида титана (см. табл. 10). [c.75]

Начальная стадия процесса взаимодействия борных волокон с алюминиевой матрицей исследована в работе [68]. Установлено, что этот процесс протекает в две стадии. Вначале происходят разрушение и коагуляция пленки окиси алюминия, связанная, по-видимому, с диффузией кислорода в дальнейшем наблюдается химическое взаимодействие с образованием включений диборида алюминия, приводящее к резкому снижению как прочности композиционного материала, так и прочности связи волокон с матрицей. [c.82]

Механические свойства боридов недостаточно изучены, особенно в области высоких температур. Зависимость прочности при сжатии и изгибе, а также модули упругости диборида титана от температуры приведены в табл. 9. [c.415]

Рис. G. Зависимость прочности композиционного материала с матрицей Ti (40А—В) от толщины слоя диборида

Показано, что для матрицы Ti (75А) это критическое количество диборида отвечает слою толщиной 5500 А. В соответствии с расчетами отжиг лент композиционного материала свыше 4 ч при 1400° F (760° С) не вызывал изменения прочности. Проведены также испытания на ползучесть ленточных образцов при 1000° F (538° С) в течение 116 ч, снижения прочности при этом обнаружено не было. [c.306]

Рис. 3.32. Откольная прочность керамических окиси алюминия [45, 46], диборида титана [47 — 49] и карбида кремния [47, 48, 50] нри воздействии импульсами ударного сжатия с интенсивностью ниже и выше динамического предела упругости а.

Боридный термокатод — катод на основе металлоподобных соединений типа МеВе, где iMe — щелочноземельный, редкоземельный металлы или торий. В качестве термокатода наиболее широко применяется гекса-борид лантана, реже — гексабориды иттрия и гадолиния и диборид хрома. Покрытие оксидного слоя тонкой пленкой осмия понижает работу выхода катода и увеличивает его эмиссионную способность. Термоэмиссионные катоды из гексаборида лантана работают при температуре 1650 К и обеспечивают получение плотности тока ТЭ до 50 А/см . Высокая механическая прочность и устойчивость таких катодов к ионной бомбардировке позволяет использовать их в режиме термополевой эмиссии (при напряженности внешнего электрического поля 10° В/см значительная часть эмиссионного тока обусловлена туннелированием электронов сквозь барьер). В этом режиме катод из гексаборида лантана при температуре 1400—1500 К может эмитировать ток с плотностью до 1000 A/ м . Катоды из гексаборида лантана не отравляются на воздухе и устойчиво работают в относительно плохом вакууме. Срок их службы не зависит от давления остаточных газов в приборе до давлений порядка 10 Па. Эти катоды используются в ускорителях и различных вакуумных устройствах. [c.571]

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]

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]

При разработке совместимых с бором матриц должны быть учтены также следующие соображения. -Сплав должен быть стабильным, легко прокатываться в фольгу ужной для изготовления композита толщины (при использовании диффузионной сварки в твердой фазе), должен иметь изкую плотность и высокую прочность в условиях службы, а также обладать хорошей обрабатываемостью, необходимой для промышленного производства композита. Кляйн и др. [20] отметили, что легирование титановых сплавов теми элементами, которые снижают скорость реакции с борным волокном, вызывает переход титанового сплава в р-мо-дификацию, которая предпочтительна и при прокатке фольги. Максимальное содержание алюминия в р-сплаве ограничивается образованием а-фазы или фазы T13AI. На основе диаграммы состояния тройной системы Ti—V—А1 [10] за вероятный предел растворимости принято содержание алюминия 2,6%. Молибден, как и алюминий, оттесняется растущим диборидом. Влияние этого элемента было изучено более тодроб-но. В указанной выше работе [i20] отмечается, что при высоком содержании молибдена в дибо-ридной фазе образуется двуслойная структура (рис. 17). Для выяснения влияния содержания молибдена был исследован ряд р-сплавов. Полученные в этой работе константы скорости реакции k при 1033 К приведены в табл. 6. Чтобы определить вклад молибдена в k, была использована величина удельной скорости ре- [c.133]

В отличие от гладкой поверхности раздела образца, отожженного в течение 0,5 ч, поверхность образца, отожженного перед испытанием в течение 150 ч, сильно изрыта и нерегулярна из-за взаимодействия волокна с матр Ицей (рис. 6). Диборид алюминия, образующийся на стороне поверхности раздела, обращенной к борному волокну, остается на волокнах, а AIB2, образующийся на стороне, обращенной к алюминию, частично разрушается и вклинивается в матрицу. Продукт взаимодействия на волокнах у поверхности раздела имеет грубую гранулярную структуру, наследуя очень нерегулярную поверхность волокна. В результате этого возникает много дефектов поверхности, которые, возможно, являются концентраторами напряжений и, конечно, могут способствовать уменьшению прочности при растяжении волокон и композита в целом. Один из таких дефектов указан на ри с. 6 стрелкой. [c.150]

Характеристики композита Ti40A — 25%В после отжига различной продолжительности при 1144 К представлены в табл. 3. Волокна бора заметно упрочняют композит (предел текучести матрицы 37 кГ/мм2). Испытывали по три образца композита в одинаковых условиях, и разброс результатов был крайне мал. Для каждого значения продолжительности отжига приведены как абсолютные величины прочности при растяжении (в единицах кГ/мм ), так и относительные величины (отнесенные к прочности композита So, не подвергавшегося термической обработке). Прочность достигает первого, более низкого плато после отжига при 1144 К в течение 0,5 ч, а деформация разрушения волокон становится постоянной при меньшей продолжительности отжига. Для слоев диборида титана толщиной 0,7 мкм и более среднее значение нижнего предела деформации разрушения составляет 2,5X ХЮ- . Это значение и предсказывал Меткалф на основе характеристик диборида титана [18] (табл. 1). [c.157]

Характеристики композитов, подвергнутых отжигу большей продолжительности и при более низких температурах, а также композитов с более прочной матрицей Ti75A (предел текучести при комнатной температуре 56 кГ/мм ) приведены на рис. 11. Прочность композита отнесена к прочности неотожженных образцов и представлена в зависимости от толщины слоя диборида титана, рассчитанной на основе кинетических данных, приведенных в гл. 3. Точки на рис. И получены усреднением результатов до четырех измерений (в основном двух-трех). Хотя температура и продолжительность отжига образцов изменялись в широ ких пределах, различие в поведении образцов не наблюдается. [c.159]

Согласно Кляйну и др. [16], средняя прочность волокон, извлеченных из композитов титан — бор, составляет около ЮЗкГ/мм . Это соответствует деформации разрушения 2,5-10- и согласуется с представлениями о том, что разрушение контролируется слоем диборида титана, образовавшимся при изготовлении композита. Критическая толщина диборида в отсутствие матрицы, возможно, менее 0,1 мкм, поскольку в ленте сразу после изготовления она составляет от 0,05 до 0,15 мкм. Влияние предела пропорциональности материала матрицы на критическую толщину слоя диборида для случаев изолированных волокон, матрицы Ti40A и матрицы Ti75A (пределы прочности соответственно 28 и 42 кГ/мм ) представлено на рис. 12. Вклад поддержки матрицы в уменьшение вредного влияния трещин в слое диборида титана выражается простым соотношением. Пределу пропорциональности нелегированного титана (63 кГ/мм ) должна отвечать деформация 6-10 , достигающая величины деформации разрушения типичных волокон бора поэтому увеличение предела пропорциональности матрицы е приведет к увеличению допустимой толщины диборида в композите. Согласно рис. 12, в композите с титановой матрицей допустимы толщины диборида до 0,8 мкм при таких толщинах композит ведет себя упруго вплоть до достижения деформации разрушения волокон бора. Этот вывод пока не проверен, но продолжающиеся работы в области композитов с титановой матрицей позволят произвести его оценку в ближайшем будущем. [c.162]

Для проверки теории разупрочнения волокон из-за реакции на их поверхности или поверхности раздела был предложен эксперимент, в ходе которого волокна подвергали испытаниям непосредственно помеле извлечения, а также после полного стравливания продукта реакции—диборида алюминия — в азотной кислоте. Полученные данные по деформации разрушения приведены в табл. 5 и на рис. 16. Характеристики извлеченных волокон полностью воспроизводят три главных эффекта, обнаруженных при испытании композитов. Кроме того,,, все значения деформации разрушения, соответствующие переходу от исходного состояния к раз-уцрочненному, находятся в узком интервале. Факт восстановления прочности и деформации разрушения волокон после стравливания с их поверхности реакционного слоя, вероятно, наиболее убедительно свидетельствует об источнике их разупрочнения. Совокупность экспериментальных точек может быть описана кривой со [c.174]

Экстремальный характер зависимости деформации разрушения от прочности, обнаруженный в композитах А16061—45% В после непродолжительных отжигов при 778, 811 и 833 К, связан с одинаковой степенью разрушения пленок на поверхности раздела и с образованием кристаллов диборида алюминия, прорастающих через исходную окисную пленку. Хотя процесс разрушения пленки охватывает крайне незначительную часть поверхности раздела, представляется, что взаимодействие такого рода благоприятно сказывается на продольной прочности. [c.176]

В табл. И приведены результаты определения предела прочности при растяжении композиции Ti—25% борных волокон после изотермических отжигов при 870° С различной продолжительности. Для сравнительной оценки удобно пользоваться нормированной прочностью От/аао, где о — средняя прочность волокон (композиции) после отжига при температуре Т в течение времени т, а ff2o — исходная средняя прочность при комнатной температуре. Уже после 30-минутного отжига нормированная прочность композиции составляет 65% и в дальнейшем мало изменяется, несмотря на увеличение толщины слоя диборида титана с 7000 и до 100 ООО А. Деформация волокон после 30-минутного отжига составляет 0,27% и близка к деформации разрушения массивного TiBj. [c.76]

Предел прочности диборида титана на разрыв Од при комнатной температуре 14 кПмм-. Микротвердость боридов 2000—3000 кГЫм . [c.416]

Статическая АС карбида титана, которая в основном определяется микротвердостью и прочностью частиц, превышает АС широко используемого злектрокорунда и лишь немного уступает статической АС карбида кремния и диборида кальция (табл. 72) [237]. [c.181]

Для увеличения пластичности карбида титана используются добавки диборида титана. Эффект реализуется при наличии мелкодисперсной равноосной структуры сплава с развитой сеткой межфазньк границ [246]. В табл. 76 представлены механические свойства сплавов системы Ti —TiB2. Наибольший предел прочности на изгиб и сжатие наблюдается у образцов с содержанием 43 % Ti и 57 % Т1Вг (эвтектический сплав). [c.187]

Белая зона, показанная на рис. 2, была идентифицирована Блэкберном и др. как диборид титана (TiBg) 12]. Меткалф предположил, что эта фаза содержит дефекты роста, ограничивающие ее прочность уровнем, характерным для более массивного материала [16]. Это предположение позволяет определить разрушающую деформацию данного соединения по опубликованным данным для прочности. В табл. 2 представлены данные для нескольких соединений. Которые могут образоваться в результате реакции между титановой матрицей и различными волокнами. Следует заметить (см. рис. 1), что диборид титана разрушается при деформации порядка 2500 мкдюйм/дюйм (0,25%), равной деформации, при которой происходит потеря эффективного упрочнения [c.283]

Второй исследованной Шмитцем и др. матрицей была титановая матрица (75А), которая имела несколько более высокую прочность [27]. Образцы содержали 25 об. % бора. Анализ результатов 34 испытаний на растяжение образцов, у которых толщина слоя диборида изменялась от 500 до 12 ООО А, привел II заключению о допустимости в этой более высокопрочной матрице слоя взаимодействия порядка 5500 А. До этой толщины материал не испытывает ухудшения свойств. Аналогично вторая и рити-ческая толщина превышала значение 10 ООО А. [c.286]

Фактически это наблюдение укрепило мнение о ыевозможности создания пригодных композиционных материалов на основе реакционноспособных систем, т. е. систем, у которых на поверхностях раздела образуются соединения. Исследования Клейна и др. [141 подтвердили отмеченную потерю прочности и позволили установить, что исходная прочность борного волокна 466 ООО фунт/кв. дюйм (327,6 кгс/мм ) понизилась после извлечения из композиционного материала с титановой матрицей (40А) до уровня несколько более низкого чем 150 ООО фунт/кв. дюйм (105,5 кгс/мм ). На поверхности этих волокон после извлечения сохранилась пленка борида титана толщиной примерно 500 А, поэтому неудивительно, что разрушающая деформация составила 2500 мкдюйм/дюйм (0,25%), что равнозначно прочности 150 ООО фунт/кв. дюйм (105,5 кгс/мм ) для волокна с модулем упругости 60-10 фунт/кв. дюйм (42 184 кгс/мм ). Следовательно, можно заключить, что в том случае, когда диборид титана не закреплен титановой матрицей, первая критическая толщина его составляет менее 500 А. Указанная толщина возрастает до 4000 А для матрицы Ti (40А) и до 5500 Л для более высокопрочной матрицы Ti (75А). На рис. 8 показана зависимость этих величин от предела пропорциональности указанных матриц и соответствующих ему значений деформации. Было сделано допущение, что нет матриц, соответствующих нулевому пределу пропорциональности. Результаты позволяют предположить, что закрепляющее действие матрицы существенно влияет па концентрацию напряжений, создаваемых трещинами в диборидном слое. Этот эффект имеет разумное объяснение, поскольку без закрепления трещина будет вести себя так, как если бы она была раскрытой на конце. При наличии же полностью упругого закрепления состояние трещины приближается к условиям, отвечающим закрытому концу. Это обстоятельство вызывает изменение постоянной В в уравнении (3). [c.288]

Высокоскоростная технология изготовления была первым методом, продемонстрированным в работе Шмитца и Меткалфа [25]. С ее помощью была показана выполнимость правила смеси в системе, испытавшей реакцию. Использованные технологические операции будут рассмотрены ниже применительно к системе титан — бор. Композиционные материалы в виде ленты были изготовлены с помош,ью электрического нагрева фольг и волокон в процессе их прохождения между подогретыми валками. Ориентировочно типичные температуры процесса составляли около 1800° F (982° G), а время выдержки при температуре 1—2 с. Измеренная толш ина слоя диборида титана была меньше 500 А и находилась в соответствии с расчетным значением для этой выдержки, вычисленным исходя из параметров реакции, определенных Шмитцем и Меткалфом [25]. Ленты, полученные с помощью данного процесса, содержали 30 об. % борных волокон и обладали свойствами, не отличавшимися от предсказанных. Прочность таких лент равна 140 ООО—145 ООО фунт/кв. дюйм (98,4—101,9 кгс/мм ) при содержании примерно 25 об. % бора в матрице Ti (75А). Последняя имела прочность 75 ООО фунт/кв. дюйм (52,7 кгс/мм ) при деформации, разруша,ющей композиционный материал таким образом было продемонстрировано значительное упрочнение. Модуль упругости составлял 27 X X 10 фунт/кв. дюйм (18 983 кгс/мм ). Эта работа рассмотрена ниже в разделе композиционных материалов типа титан — бор. [c.292]

Косые шлифы, приготовленные из этих лент, показали, что толщина образовавшегося в процессе производства слоя диборида равна 250—500 А. Эта величина значительно меньше показанных на рис. 5 и 6 критических значений. Однако, учитывая высокую скорость изготовления материала, предполагали, что остаточные напряжения в нем достаточно высоки. В соответствии с этим предположением установлено, что отнсиг для снятия внутренних напряжений повышает прочность и разрушающую деформацию и уменьшает разброс результатов. Впоследствии было показано, что отжиг в течение 30 мин при 1200° F (649° С) уменьшает коэффициент вариации от 8 до приблизительно 1 %, одновременно увеличивая среднюю прочность композиционных материалов с матрицей Ti (40А) и 25—28 об. % бора от 119 ООО до 125 ООО фунт/кв. дюйм (от 83,7 до 87,9 кгс/мм ). Более важрым фактом явилось увеличение разрушающей деформации от 5200 (0,5%) до 6000— 7000 мкдюйм/дюйм (0,6—0,7%). Прочность данной матрицы составляла 72 ООО фунт/кв. дюйм (50,6 кгс/мм ), так что было достигнуто весьма значительное упрочнение. Модуль упругости оказался несколько больше значения, рассчитанного по правилу смеси для соответствующего объемного содержания волокон. [c.305]

Боридный термокатод — катод на основе металлоподобных соединений типа МеВ в, где Me — щелочноземельные и редкоземельные металлы или торий. В качестве термокатода наиболее широко применяется гек-саборид лантана, реже — гексабориды иттрия и гадолиния и диборид хрома. Термоэмиссионные катоды из гексаборида лантана работают при температуре 1650° К и обеспечивают получение плотности термоэмиссионных токов до 40—50 al M в режиме пространственного заряда, а при большой напряженности электрического поля у поверхности катода — до 200 а см . Высокая механическая прочность и устойчивость таких катодов к ионной бомбардировке позволяет использовать их в режиме автоэлектронной -эмиссии (при напряженностях внешнего электрического поля 10 в/сл1 значительная часть эмиссионного тока обусловлена туннелированием [c.445]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...