Матричные материалы

Требования к матрице. Матрица в армированных композициях придает изделию форму и делает материал монолитным. Объединяя в единое целое многочисленные волокна, матрица должна позволять композиции воспринимать различного рода внешние нагрузки - растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг и др. В то же время она принимает участие в создании несущей способности композиции, обеспечивая передачу усилий на волокна. Матрице отводится и роль защитного покрытия, предохраняющего волокна от механических повреждений и окисления. Кроме того, матрица должна обеспечивать прочность и жёсткость системы при действии растягивающей или сжимающей нагрузки в направлении, перпендикулярном к армирующим элементам.

В качестве матричных материалов при изготовлении МКМ используют промышленные металлы и сплавы, которые уже применяются в различных областях техники, а также новые сплавы, разработанные специально для армирования их тем или иным видом волокон.

1 - лёгкие металлы и сплавы /на основе алюминия и магния/;

2 - титан и сплавы на его основе;

3 - медь и её сплавы;

4 - жаростойкие и жаропрочные сплавы на основе железа, никеля и кобальта;

5 - тугоплавкие металлы и сплавы.

Все металлические матрицы по технологическому признаку можно разделить на три больших класса: деформируемые, литейные и порошковые.

К деформируемым алюминиевым сплавам относят не упрочняемые термической обработкой сплавы марок АМц, АМг, АМгЗ и др., основными легирующими элементами которых являются магний и марганец. Эти сплавы обладают хорошей пластичностью, коррозионной стойкостью и свариваемостью, но сравнительно небольшой прочностью. Большую группу деформируемых алюминиевых сплавов составляют упрочняемые термической обработкой дуралюмины /Д1, Д16, Д18 и др./ и сплавы АВ, АК, В95. После термической обработки /закалки и искусственного старения/ эти сплавы имеют повышенную механическую прочность.

Из литейных алюминиевых сплавов наиболее распространены силумины, которые обладают хорошими литейными свойствами. Однако они малопластичные, имеют низкую ударную вязкость и коррозионную стойкость. Теплостойкость силуминов также невелика. Так, для сплава АЛ5 при 300 °С сточасовая длительная прочность составляет 30 МПа.

Весьма перспективны для жаропрочных МКМ на алюминиевой основе матричные материалы типа САП /спеченный алюминиевый порошок/, которые представляют собой алюминий, упрочненный дисперсными частицами оксида алюминия А1₂0₃.

Магний и его сплавы выгодно отличаются от других конструкционных материалов низкой плотностью, относительно высокими механическими свойствами, хорошей способностью сопротивляться ударным нагрузкам и вибрациям. Такие деформируемые магниевые сплавы, как МА3, МА8, МА2-1 пластичны и хорошо обрабатываются давлением.

Из листовых МКМ наиболее распространены тонкие листы или фольга, получаемые прокаткой.

Титан и его сплавы обладают ценными физико-механическими свойствами: при малой плотности /4500кг/м³/ титановые сплавы могут иметь предел прочности от 500 для нелегированного титана до 1500 МПа для сплавов. Поэтому по абсолютной и тем более по удельной прочности он превосходит сплавы алюминия и магния и многие легированные стали в широком диапазоне температур 20-500° С. Технический титан (ВТ1, ВТЗ, ВТ5) имеет хорошие литейные свойства и применяется для производства фасонных и тонкостенных отливок. Из сплавов титана получают полосы толщиной 5-7 мм, прокаткой при температуре 550-700 °С, листы толщиной 1,5-2 мм. Более тонкие листы /1,0-0,5мм/изготавливают холодной прокаткой.

Медь, имеющая высокую электро- и теплопроводность в сочетании с высокой коррозионной стойкостью, широко применяется в электротехническом аппаратостроении. В технологическом отношении медь очень удобный материал, так как он хорошо куётся, прокатывается в пруток, ленту, фольгу, протягивается в проволоку. Многие медные сплавы обладают хорошими литейными свойствами и их часто используют для получения фасонных отливок методом точного литья.

Из металлических матриц на основе железа, никеля и кобальта при создании МКМ чаще всего используют жаропрочные стали и сплавы, обладающие стойкостью против разрушения в газовых средах при нагревании выше 500 °С. МКМ из литейных жаропрочных сплавов изготовляют преимущественно жидкофазными методами /литьё, пропитка/.

Методами порошковой металлургии стало возможно получать МКМ с матрицей из особо тугоплавких металлов - ниобия, вольфрама, молибдена и сплавов на их основе. Волокнистыми наполнителями /усами, волокнами тугоплавких соединений/ эти матрицы армируют для того, чтобы придать им особые эксплуатационные характеристики: ударопрочность, термостойкость, специальные физические свойства. Создавая такие МКМ используют матричный материал в виде тонких порошков с размерами 0,1-5 мкм, тонкой металлической фольги толщиной 10-100 мкм., а также применяют различные методы осаждения матрицы на волокна с последующим уплотнением покрытых волокон горячим прессованием, прокаткой и т.п.

Дата добавления: 2015-07-07