Волокнистые металлические композиционные материалы

В волокнистых композицион­ных материалах (ВКМ) упрочнителями служат волокна или нитевидные кристаллы чистых элементов и тугоплавких соединений (В, С, А1₂О₃, SiC и др.), а также проволока из металлов и сплавов (Mo, W, Be, высокопрочная сталь и др.). Диаметры волокон составляют от долей до сотен микрометров. В качестве матриц металлических ВКМ используют металлы: алюминий, магний, титан, никель и сплавы на их основе; для неметаллических ВКМ – полимерные, углеродистые и керамические материалы. Свойства ВКМ в большой степени зависят от схемы армирования, рис. 41.

Рис. 41. Влияние схем армирования на прочность при растяжении эпоксидных углепластиков

При растяжении вдоль волокон прочность материала значительно выше, чем при растяжении в поперечном направлении. Анизотропия свойств не наблюдается при двухосном армировании с взаимно перпендикулярным расположением упрочняющих волокон. Объемная доля упрочнителя может составлять от одного до 90%. При хаотическом расположении волокон не удается получить их содержание более 30%.Низкие значения прочности ижесткости композиционных материалов при растяжении в направлении, перпендикулярном расположению волокон, определяются свойствами матрицы. Большую роль играет матри­ца в сопротивлении композиционных материалов усталостному разрушению, которое начинается с матрицы.

При изготовлении деталей из композиционных материалов волокна ориентируют так, чтобы с максимальным эффектом использовать их свойства с учетом действующих в конструкции нагрузок. В металлических композиционных материалах прочная связь между волокнами и матрицей создается благодаря их взаимодействию с образованием между ними очень тонкого слоя (1-2 мкм) интерметаллидных фаз. Связь между компонентами в композиционных материалах на неметаллической основе достига­ется за счет сил адгезии.

Наиболее широкое применение в качестве матрицы ВКМ получил алюминий. Именно алюминий определяет эффективные удельные характеристики композиционных материалов, благодаря которым эти материалы перспективны во многих отраслях новой техники. Свойства ВКМ на алюминиевой основе приведены в табл. 12.

Таблица 12

Свойства одноосно армированных ВКМ с алюминиевой матрицей

Материал	r, т/м^3	sв/(pg), км	sв, МПа (20°С)	E (Е/(rg)×10^-3, км	Е, ГПа	s-1, МПа (на базе 10^7циклов)
ВКА-1 ВКУ-1 КАС-1	2,65 2,3 4,8	45 42 33

Композиционный материал ВКА-1 состоит из чередующихся слоев фольги алюминия или алюминиевых сплавов и волокон бора. Для предотвращения взаимодействия фольги с борными волок нами при нагреве в условиях длительной эксплуатации на волокна наносят барьерный слой карбида или нитрида бора толщиной 3-5 мкм..

Армированный углеродными волокнами материал ВКУ-1обладает малой плотностью в сочетании с высокими прочностными свойствами и является перспективным в новых отраслях техники.

Композиционный материал КАС-1 на алюминиевой основе, армированный стальной проволокой, отличается от других ВКМ доступностью и низкой стоимостью армирующего материала, а также лучшей тепло- и электропроводностью. В качестве матрицы в этой композиции используется фольга из алюминия и алюминиевых сплавов. Армирующим элементом служит проволока из аустенитной стали ЭП322 или аустенитно-мартенситной стали ВНС-9 диаметром 0,15 – 0,3 мм.

Дата добавления: 2015-12-07