I Притирка 15 страница

Рис. 7.10. Схема электрохимического хонингования цилиндра:

1 - хонинговапьная головка; 2 - заготовка цилиндра; 3 - изолятор; 4 - ванна; 5 - стол хонинговального станка

Отделочную обработку поверхностей заготовок можно проводить электрохими­ческим хонингованием (рис. 7.10). Кине­матика процесса соответствует хо-нингованию абразивными головками. От­личие состоит в том, что заготовку уста­навливают в ванне, заполненной электро­литом, и подключают к аноду. Хонинго-вальную головку подключают к катоду. Вместо абразивных брусков в головке ус­тановлены деревянные или пластмассо­вые. Продукты анодного растворения уда­ляются с обрабатываемой поверхности брусками при вращательном и возвратно-поступательном движениях хонинговаль-ной головки. Чтобы продукты анодного растворения удалялись более активно, в электролит добавляют абразивные мате­риалы. После того как удаление припуска с обрабатываемой поверхности закончено, осуществляют процесс "выхаживания" поверхности при выключенном электри­ческом токе для полного удаления анод­ной пленки с обработанной поверхности. Электрохимическое хонингование обеспе­чивает более низкую шероховатость по­верхности, чем хонингование абразивны­ми брусками. Поверхность получает зер­кальный блеск. Производительность элек­трохимического хонингования в 4... 5 раз выше производительности механического хонингования.

4. АНОДНО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

Анодно-механическая обработка осно­вана на сочетании электротермических и электромеханических процессов и занима­ет промежуточное место между электро­эрозионными и электрохимическими ме­тодами. Обрабатываемую заготовку под­ключают к аноду, а инструмент - к катоду. В зависимости от характера обработки и вида обрабатываемой поверхности в каче­стве инструмента используют металличе­ские диски, цилиндры, ленты, проволоку. Обработку ведут в среде электролита, ко­торым чаще всего служит водный раствор жидкого натриевого стекла. Заготовке и инструменту задают такие же движения, как при обычных методах механической обработки резанием. Электролит подают в зону обработки через сопло (рис. 7.11).

и

6 +

Рис. 7.12. Примеры анодно-механической обработки

При пропускании через раствор элек­тролита постоянного электрического тока происходит процесс анодного растворе­ния, как при электрохимической обработ­ке. При соприкосновении инструмента-катода с микронеровностями обрабаты­ваемой поверхности заготовки-анода про­исходит процесс электроэрозии, присущий электроискровой обработке. Кроме того, при пропускании электрического тока ме­талл заготовки в точке контакта с инстру­ментом разогревается так же, как при электроконтактной обработке, и материал заготовки размягчается. Продукты элек­троэрозии и анодного растворения удаля­ются из зоны обработки при относитель­ных движениях инструмента и заготовки.

Анодно-механическим методом обра­батывают заготовки из всех токопроводя-щих материалов, высокопрочных и труд­нообрабатываемых металлов и сплавов, вязких материалов.

В станках для анодно-механической обработки используют системы ЧПУ. По программе осуществляется управление скоростями движений заготовки и инст­румента, поддерживается постоянство зазора в рабочем пространстве между ни­ми, задаются параметры электрического режима при переходе с черновой обработ­ки на чистовую.

Анодно-механическим методом (рис. 7.12) разрезают заготовки на части (а), проре­зают пазы и щели, обтачивают поверхно­сти тел вращения (б), шлифуют плоские поверхности и поверхности, имеющие форму тел вращения (в), полируют поверх­ности, затачивают режущий инструмент.

5. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ

Сущность химической обработки заготовок состоит в направленном раз­рушении металлов и сплавов травлением их в растворах кислот и щелочей.

Перед травлением обрабатываемые по­верхности заготовок тщательно очищают. Поверхности, не подлежащие обработке, защищают химически стойкими покры­тиями (окрашивают лаками и красками, применяют химические и гальванические покрытия, светочувствительные эмульсии).

Подготовленные к обработке заготовки опускают в ванну с раствором кислоты или щелочи в зависимости от материала, из которого они изготовлены. Незащи­щенные поверхности заготовок подверга­ют травлению. Чтобы скорость травления была постоянной, а это позволяет опреде­лять время удаления припуска, концен­трацию раствора поддерживают неизмен­ной. В целях интенсификации процесса травления раствор подогревают до темпе­ратуры 40... 80 "С. После обработки заго­товки промывают, нейтрализуют, еще раз промывают горячим содовым раствором и удаляют защитные покрытия.

Химическим травлением получают ме­стные утонения на нежестких заготовках, ребра жесткости, извилистые канавки и щели, "вафельные" поверхности, обраба­тывают поверхности, труднодоступные для режущего инструмента.

Химико-механическим методом обра­батывают заготовки из твердых сплавов. Заготовки приклеивают специальными клеями к пластинам и опускают в ванну, заполненную суспензией, состоящей из раствора сернокислой меди и абразивного порошка. В результате обменной химиче­ской реакции на поверхностях заготовок выделяется рыхлая металлическая медь, а кобальтовая связка твердого сплава пере­ходит в раствор в виде соли, освобождая тем самым зерна карбидов титана, вольф­рама и тантала.

Медь вместе с карбидами сошлифовы-вается присутствующим в растворе абра­зивным порошком. В качестве инструмен­та используют чугунные диски или пла­стины. Карбиды удаляются в результате относительных движений инструмента и заготовок.

Химико-механическую обработку применяют для разрезания и шлифования пластинок из твердого сплава, доводки твердосплавного инструмента.

6. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА

Ультразвуковая обработка материалов -разновидность механической обработки -основана на разрушении обрабатываемого материала абразивными зернами под уда­рами инструмента, колеблющегося с ульт­развуковой частотой. Источником энергии служат ультразвуковые генераторы тока с частотой 16... 30 кГц. Инструмент полу­чает колебания от ультразвукового преоб­разователя с сердечником из магнито-стрикционного материала. Эффектом маг-нитострикции обладают никель, железо-никелевые сплавы (пермендюр), железо-алюминиевые сплавы (альфер), ферриты.

В сердечнике из магнитострикцион-ного материала при наличии электро­магнитного поля домены* разворачиваются

Домены - ферромагнитные области в фер­ромагнитных кристаллах, в которых атомные магнитные моменты ориентированы парал­лельно.

в направлении магнитных силовых линий, что вызывает изменение размера попереч­ного сечения сердечника и его длины. В переменном магнитном поле частота изменения длины сердечника равна часто­те колебаний тока. При совпадении часто­ты колебаний тока с собственной частотой колебаний сердечника наступает резонанс и амплитуда колебаний торца сердечника достигает 2... 10 мкм. Для увеличения амплитуды колебаний на сердечнике за­крепляют резонансный волновод перемен­ного поперечного сечения, что увеличивает амплитуду колебаний до 40... 60 мкм.

На волноводе закрепляют рабочий ин­струмент-пуансон. Под инструментом ус­танавливают заготовку и в зону обработки поливом или под давлением подают абра­зивную суспензию, состоящую из воды и абразивного материала. В качестве абра­зивных материалов используют карбид бора, карбид кремния, электрокорунд. Наибольшую производительность полу­чают при использовании карбидов бора. Инструмент поджимают к заготовке силой 1... 60 Н.

Заготовку 3 помещают в ванну / под инструментом 4 (рис. 7.13). Инструмент устанавливают на волноводе 5, который закреплен в магнитострикционном сер­

дечнике 7, смонтированном в кожухе б, сквозь который прокачивают воду для охлаждения сердечника. Для возбуждения колебаний сердечника магнитострикцион-ного преобразователя служат генератор 8 ультразвуковой частоты и источник по­стоянного тока 9. Абразивную суспензию 2 подают под давлением по патрубку 10 насосом 11, забирающим суспензию из резервуара 12. Прокачивание суспензии насосом исключает оседание абразивного порошка на дно ванны и обеспечивает подачу в зону обработки абразивного материала.

Кавитационные явления в жидкости способствуют интенсивному перемеще­нию абразивных зерен под инструмен­том, замене изношенных зерен новыми, а также разрушению обрабатываемого материала.

Ультразвуковым методом обрабаты­вают хрупкие твердые материалы: стекло, керамику, ферриты, кремний, кварц, дра­гоценные минералы, в том числе алмазы, твердые сплавы, титановые сплавы, вольфрам.

Метод используют для профилирова­ния наружных поверхностей, гравирова­ния, изготовления деталей сложной фор­мы. Движениями подачи для указанных видов обработки являются вертикальная подача инструмента при обработке отвер­стий и полостей, продольная подача заго­товки при разрезании ее на части, про­дольная и поперечная подачи заготовки при разрезании ее по сложному контуру. Для управления движениями заготовки и вертикальной подачей инструмента исполь­зуют системы программного управления.

Ультразвуковым методом обрабаты­вают (рис. 7.14) сквозные и глухие отвер­стия любой формы поперечного сечения (а, б), фасонные полости (в), разрезают заготовки на части (г), прошивают отвер­стия с криволинейными осями, нарезают резьбы.

Рабочие инструменты для обработки отверстий диаметром 0,5... 20 мм выпол­няют сплошными: диаметром 20... 100 мм -полыми (обработка по способу трепана­ции). Пазы долбят, а заготовки разрезают ножевидными пуансонами; внутренние полости обрабатывают пуансонами, форма торцов которых обратна форме обрабаты­ваемой поверхности. Инструменты изго­товляют из закаленных, но вязких мате­риалов.

Точность размеров и шероховатость поверхностей, обработанных ультразвуко­вым методом, зависят от зернистости ис­пользуемых абразивных материалов и со­ответствуют точности и шероховатости поверхностей, обработанных шлифованием.

Использование ультразвуковых коле­баний оказалось эффективным и при обычных способах механической обработ­ки (точении, фрезеровании и др.). Нало­жение ультразвуковых колебаний малых амплитуд (2... 5 мкм) на режущий инст­румент (например, резец) в направлении главного движения резания существенно изменяет характер стружкообразования. Значительно снижается зона первичной и вторичной деформации срезаемого слоя металла, уменьшаются глубина и степень наклепа обработанной поверхности. Ульт­развуковые колебания почти полностью устраняют процессы наростообразования. Все это приводит к улучшению условий резания, снижению сил трения и повыше­нию качества поверхностного слоя.

Наиболее эффективным оказалось применение ультразвуковых колебаний малой амплитуды (2... 5 мкм) при обра­ботке жаропрочных, тугоплавких, титано­вых сплавов и других материалов, харак­теризующихся плохой обрабатываемо­стью резанием.

Эффективным оказалось также приме­нение ультразвуковых колебаний при ЭФЭХ методах обработки. Так, рацио­нальное совмещение электрохимической и ультразвуковой обработки твердых спла­вов позволяет в десятки раз повысить производительность труда и в несколько раз снизить износ инструмента и удель­ный расход электроэнергии.

7. ЛУЧЕВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ

К лучевым методам формообразования поверхностей деталей машин относят электронно-лучевую и светолучевую (ла­зерную) обработку.

Электронно-лучевая обработка осно­вана на превращении кинетической энер­гии направленного пучка электронов в тепловую. Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча по­зволяет обрабатывать заготовки за счет нагрева, расплавления и испарения мате­риала с узколокального участка.

Схема установки для электронно­лучевой обработки (электронная пушка) приведена на рис. 5.15.

При размерной обработке заготовок установка работает в импульсном режиме, что обеспечивает локальный нагрев заго­товки. В зоне обработки температура дос­тигает 6000 °С, а на расстоянии 1 мкм от пятна фокусировки не превышает 300 °С. Продолжительность импульсов и интерва­лы между ними подбирают так, чтобы за один цикл успел нагреться и испариться только металл, находящийся под непо­средственным воздействием луча. Длитель­ность импульсов составляет 10^*... Ю^-6 с, а частота 50... 6000 Гц.

Метод целесообразен при создании ло­кальной концентрации высокой энергии, широком регулировании и управлении тепловыми процессами. Вакуумные среды позволяют обрабатывать заготовки из лег-коокисляющихся активных материалов. С помощью электронного луча можно на­носить покрытия на поверхности загото­вок в виде пленок толщиной от несколь­ких микрометров до десятых долей мил­лиметра.

Электронно-лучевой метод перспекти­вен при обработке отверстий диаметром 1 мм... 10 мкм, прорезании пазов, резке заготовок, изготовлении тонких пленок и сеток из фольги. Обрабатывают заготовки из труднообрабатываемых металлов и сплавов, а также из неметаллических ма­териалов: рубина, керамики, кварца, полу­проводниковых материалов.

Светолучевая (лазерная) обработка основана на тепловом воздействии свето­вого луча высокой энергии на поверхность обрабатываемой заготовки. Источником светового излучения служит лазер - опти­ческий квантовый генератор (ОКГ).

Энергия светового импульса ОКГ обычно невелика и составляет 20... 100 Дж, но она выделяется в миллионные доли секунды и сосредоточивается в луче диа­метром -0,01 мм. В фокусе диаметр луча

лазера составляет всего несколько микро­метров, что обеспечивает температуру в зоне воздействия с металлом 6000... 8000 °С. В результате этого поверхностный слой материала заготовки мгновенно расплав­ляется и испаряется.

Лазерную обработку применяют для прошивания сквозных и глухих отверстий, разрезки заготовок на части, вырезания заготовок из листовых материалов, проре-зания пазов. Этим методом можно обраба­тывать заготовки из любых материалов, включая самые твердые и прочные. На­пример, лазерную обработку отверстий применяют при изготовлении диафрагм для электронно-лучевых установок. Диа­фрагмы изготовляют из вольфрамовой, танталовой, молибденовой или медной фольги толщиной ~ 50 мкм при диаметре отверстия 20... 30 мкм. С помощью ла­зерного луча можно выполнить контур­ную обработку по аналогии с фрезерова­нием, т.е. обработку поверхностей по сложному периметру. Перемещениями заготовки относительно луча управляет система ЧПУ, что позволяет прорезать в заготовках сложные криволинейные пазы или вырезать из заготовок детали сложной геометрической формы.

8. ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА

Сущность обработки состоит в том, что плазму направляют на обрабатывае­мую поверхность (см. разд. V, гл. 2, п. 8).

Плазменным методом обрабатывают заготовки из любых материалов, выполняя прошивание отверстий, вырезку заготовок из листового материала, строгание, точе­ние. При прошивании отверстий, разрезке и вырезке заготовок головку устанавливают перпендикулярно к поверхности заготов­ки, при строгании и точении - под углом 40... 60°.

Принципиально новым методом изго­товления деталей является плазменное напыление с целью получения заданных размеров. В камеру плазмотрона подаются порошкообразный конструкционный ма­териал и одновременно инертный газ под высоким давлением. Под действием дуго­вого разряда конструкционный материал плавится и переходит в состояние плазмы. Струя плазмы сжимается в плазмотроне плазмообразующим газом. Выходя из со­пла, струя плазмы направляется на обра­батываемую заготовку. Системы верти­кальной и горизонтальной разверток обес­печивают перемещение струи по поверх­ности обработки.

Плазменное напыление применяют и для получения деталей из напыляемого материала. Детали получаются в результа­те наращивания микрочастиц конструкци­онного материала в определенных местах экрана. Иногда вместо экрана используют тонкостенную заготовку, на которую на­правляется плазма, и происходит наращи­вание металла.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Какова физическая сущность электро­эрозионных методов обработки материалов?

2. Каковы физико-механические свойства материала заготовки, обрабатываемой ультра­звуком?

3. Назовите область применения элект­рохимической обработки.

4. Объясните физическую сущность эффек­та магнитострикции.

5. Назовите области применения анодно-механической обработки.

РАЗДЕЛО ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ О ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Глава I Физико-технологические основы

получения композиционных материалов

1. ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Развитие всех отраслей промышленно­сти, а также задача повышения качества выпускаемых изделий потребовали созда­ния новых конструкционных материалов. Авиация, ракетно-космическая техника, ядерная энергетика и многие другие от­расли нуждаются в материалах, характе­ризующихся высокими прочностью, тер­мостойкостью и жаропрочностью, малой плотностью, теплопроводностью и элек­тропроводимостью, диэлектрическими, магнитными и другими специальными физическими свойствами. Объединение различных ценных свойств отдельных материалов позволило создать единое це­лое - композицию. Современное материа­ловедение уже добилось значительных успехов в исследовании и разработке ком­позиционных материалов (КМ).

На современном этапе понятие компо­зиционного материала должно удовлетво­рять следующим критериям: композиция должна представлять собой объемное со­четание хотя бы двух химически разно­родных материалов с четкой границей раздела между этими компонентами (фа­зами) и характеризоваться свойствами, которых не имеет никакой из ее компо­нентов в отдельности. Композицию полу­чают путем введения в основной материал (матрицу) определенного количества дру­гого материала, который добавляется в целях получения специальных свойств. КМ может состоять из двух, трех и более компонентов. Размеры частиц входящих компонентов могут колебаться в широких пределах - от сотых долей микрометра (для порошковых наполнителей) до не­скольких миллиметров (при использовании волокнистых наполнителей).

Практически всякий современный ма­териал представляет собой композицию, поскольку материалы редко используются в чистом виде. Действительно, почти все металлические сплавы содержат несколь­ко фаз, которые либо создаются специаль­но (для придания материалу заданных эксплуатационных и технологических свойств), либо образуются в результате наличия в металле вредных примесей.

Отличие большинства КМ от традици­онных материалов в том, что процесс по­лучения КМ технологически совмещается с процессом изготовления изделия.

Проектирование изделия из КМ начи­нается с конструирования самого мате­риала - выбора его компонентов и назна­чения оптимальных технологических про­цессов производства. Особенность созда­ния конструкций из КМ в отличие от кон­струкций из традиционных материалов заключается в том, что конструирование материала, разработка технологического процесса изготовления и проектирование самой конструкции - это единый взаимо­связанный процесс.

Физико-механические свойства КМ в зависимости от концентрации компонен­тов, их геометрических параметров и ори­ентации, а также технологии изготовления могут меняться в очень широких преде­лах. Тем самым открывается возможность специального создания (конструирования) материала с заданными свойствами для определенного изделия.

С развитием теории и технологии КМ стало возможным создавать изделия, ра­ботающие в экстремальных условиях. Так, при разработке космического корабля многоразового использования "Буран" требовалось создать легкую конструкцию, способную длительно работать в исклю­чительно тяжелых условиях: при сверхвы­соких динамических и акустических на­грузках от мощных ракетных двигателей и сверхзвукового потока воздуха при подъ­еме; охлаждении в открытом космосе и нагреве облицовки корабля до температу­ры свыше тысячи градусов при входе в плотные слои атмосферы при посадке. Решения этих задач удалось достичь бла­годаря использованию конструкторами нетрадиционных новых, в том числе и композиционных, материалов со специ­альными свойствами.

Наглядным подтверждением широкого применения КМ является использование углепластиков в авиации (рис. 8.1). Ана­логичная тенденция применения КМ ха­рактерна и для других отраслей промыш­ленности, так как это неразрывно связано с повышением технико-экономических показателей выпускаемых изделий.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Все КМ условно можно классифициро­вать по следующим признакам: материалу композиции, типу арматуры и ее ориента­ции, способу получения композиции и изделий из них, по назначению.

В зависимости от материала матрицы КМ можно разделить на следующие ос­новные группы: композиции с металличе­ской матрицей - металлические компо­зиционные материалы (МКМ), с поли­мерной - полимерные композиционные материалы (ПКМ), с резиновой - рези­новые композиционные материалы (РКМ) и с керамической - керамические композиционные материалы (ККМ).

Название ПКМ обычно присваивают в зависимости от армирующего материала. Например, ПКМ, армированные стеклян­ными волокнами, называют стеклопласти­ками. Аналогично получили свои названия металлопластики, асбестопластики, угле­пластики, боропластики и т.д.

У металлических и керамических КМ пока еще нет четких правил присвоения названий. Обычно вначале указывают ма­териал матрицы, а затем армирующий ма­териал, например медно-вольфрамовые, алюминиево-стальные КМ и т.п.

По типу арматуры и ее ориентации КМ подразделяют на две основные группы: изотропные и анизотропные.

Изотропные КМ имеют одинако­вые свойства во всех направлениях. К этой группе относят КМ с порошкообразными наполнителями. К числу изотропных ус­ловно относят и КМ, армированные ко­роткими (дискретными) частицами. КМ при этом получаются квазиизотропными, т.е. изотропными в объеме всего изделия, но анизотропными в микрообъемах.

У анизотропных материалов свойства зависят от направления арми­рующего материала. Их подразделяют на однонаправленные, слоистые и трехмер­но-направленные. Анизотропия материала закладывается конструктором для получе­ния КМ с заданными свойствами. Одно­направленные КМ чаще всего проектиру­ют для изготовления изделий, работаю­щих на растяжение. Слоистые КМ полу­чают путем продольно-поперечной уклад­ки с правильным чередованием слоев. Трехмерно-направленное армирование обычно достигается за счет использования "сшитых" в поперечном направлении ар­мирующих тканей, сеток и т.п. Кроме та­кой анизотропии образуется еще техноло­гическая анизотропия, возникающая при пластическом деформировании изотроп­ных материалов (металлов).

В последнее время находят широкое применение так называемые гибридные КМ.

Гибридными называют КМ, со­держащие в своем составе три или более компонентов. В зависимости от распреде­ления компонентов гибридные КМ обыч­но делят на следующие классы: однород­ные КМ (рис. 8.2, а), с равномерным рас­пределением каждого армирующего ком­понента по всему объему композиции; ли­нейно неоднородные КМ с объединением отдельных волокон в жгуты (рис. 8.2, б);

КМ с плоскостной неоднородностью (рис. 8.2, в), в которых волокна каждого типа образуют чередующиеся слои, и мак-ронеоднородные КМ, когда разнородные волокна образуют зоны, соизмеримые с характерным размером изделия из КМ (рис. 8.2, г). При этом возможно использо­вать структуру типа "оболочка - сердце­вина". Такое сочетание компонентов рас­сматривается как наиболее перспективное. Конструктор, проектируя изделие из КМ, армирующие волокна (например, из угле­рода, бора и др.) помещает в оболочку из металлической проволоки, сетки, фольги и т.п. Такие "полуфабрикаты" характеризу­ются высокой технологичностью при изготовлении изделий из волокнистых КМ. Помимо рассмотренных возможны и дру­гие сочетания компонентов в композиции.

По способу получения полимерные и резиновые КМ разделяют на литейные и прессованные. Металлические КМ анало­гично делят на литейные и деформируе-

мые. Литейные получают путем пропитки арматуры расплавленным матричным ма­териалом (сплавом). Для получения де­формируемых МКМ применяют спека­ние, прессование, штамповку, ковку на молотах и др.

По назначению КМ разделяют на об­щеконструкционные, термостойкие, по­ристые, фрикционные и антифрикцион­ные и т.д.

3. ТРЕБОВАНИЯ,

ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К АРМИРУЮЩИМ И МАТРИЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ

Армирующие материалы подразде­ляют на порошкообразные и волокнистые. Порошковые материалы должны удовле­творять требованиям по химическому составу, размерам и форме отдельных фракций, по технологическим свойствам (насыпная масса, текучесть, прессуемость, спекаемость) при изготовлении изделий порошковой металлургией. Они не долж­ны содержать загрязнений, влаги, масел и других примесей, должны храниться в условиях, исключающих окислительные процессы на поверхности порошковых зерен.

Армирующие волокна, используемые для получения КМ, должны иметь сле­дующие свойства: малую плотность, вы­сокую температуру плавления, минималь­ную растворимость в материале матрицы, высокую прочность во всем интервале рабочих температур, высокую химиче­скую стойкость, технологичность, отсут­ствие фазовых превращений в зоне рабо­чих температур, отсутствие токсичности при изготовлении и эксплуатации. Приме­няют в основном три вида волокон: ните­видные кристаллы, металлическую прово­локу, неорганические и поликристалличе­ские волокна.

Нитевидные кристаллы ("усы") рас­сматривают как наиболее перспективный материал для армирования металлов, по­лимеров, керамики. Сверхвысокая проч­ность в широком диапазоне рабочих тем­ператур, малая плотность, химическая инертность ко многим материалам матри­цы и ряд других свойств делают их неза­менимыми в качестве армирующих мате­риалов. Однако широкое их внедрение сдерживается пока несовершенством тех­нологии их получения в промышленных масштабах, сложностью ориентации их в материале матрицы, сложностью техноло­гии деформирования изделий из компози­ций с нитевидными кристаллами и др.

Металлическая проволока из высо­копрочной стали, вольфрама, молибдена и других металлов имеет меньшую проч­ность, чем нитевидные кристаллы. Однако ее выпускают промышленно в больших количествах и в связи с более низкой стоимостью широко применяют в качестве арматуры, особенно для КМ на металли­ческой основе.

Неорганические и поликристалличе­ские волокна имеют малую плотность, высокую прочность и химическую стой­кость. Широко применяют углеродные, борные, стеклянные и другие волокна для армирования пластмасс и металлов.

Основное назначение наполнителей -придание КМ специальных свойств. На­пример, волокнистые наполнители вводят с целью получения максимальных проч­ностных характеристик.

Матрица в армированных композици­ях является основой, придает изделию форму и делает материал монолитным. Материал матрицы должен позволять композиции воспринимать внешние на­грузки. Матрица принимает участие в соз­дании несущей способности композиции, обеспечивая передачу силы на волокна. При нагружении за счет пластичности матрицы силы от разрушенных или дис­кретных (коротких) волокон передаются соседним волокнам. Передача нагрузки зависит прежде всего от качества соеди­нений, т.е. от хорошей адгезии между компонентами КМ. Без этого невозможны передача нагрузки волокон и, следова­тельно, армирование.

Получению качественного соединения способствуют взаимная диффузия с обра­зованием твердого раствора; поверхност­ное химическое взаимодействие между компонентами композиции; отсутствие на поверхности раздела каких-либо загряз­няющих слоев.

При изготовлении композиции в жид­кой фазе материал матрицы должен сма­чивать армирующий материал (волокно). Качество соединения зависит от смачи­ваемости волокон материалом матрицы, что обусловливается определенной степе­нью физического и химического сродства компонентов. Процесс смачивания сопро­вождается чаще всего частичным раство­рением волокон в материале матрицы или их химическим взаимодействием. Следо­вательно, смачивание почти всегда приво­дит к поверхностному разрушению волок­на. Но без химического взаимодействия невозможно смачивание.

Смачивание зависит также от взаимно­го физического сродства компонентов, т.е. от соотношения их поверхностных энер­гий (рис. 8.3).

а) б)

Способность жидкой матрицы смачи­вать или не смачивать наполнитель зави­сит от соотношения сил поверхностного натяжения на границах твердая фаза -жидкость (у_т _ _ж), жидкость - пар (у_ж _ „) и твердая фаза - пар (у_т_ „).

Дата добавления: 2015-07-25