I Притирка 16 страница

Если у_т _ _п > у_т _ _ж + у_ж _ _п cos 9, смачива­ние удовлетворительное, и наоборот, если Ут - ж > Yt - п + Уж - п cos 9, смачивание не­удовлетворительное. Исследование сма­чивания обычно проводят путем нанесе­ния капли жидкого материала матрицы на подложку из материала наполнителя. О смачиваемости судят по величине краево­го угла 0 (рис. 8.3, а, б).

Смачивание может быть улучшено средствами, влияющими на первоначаль­ное равновесие между силами поверхно­стного натяжения. Наиболее эффективные способы улучшения смачиваемости - на­несение на армирующие волокна специ­альных покрытий и введение в материал матрицы специальных легирующих доба­вок. Улучшить смачивание при пропитке волокон металлическими расплавами можно, применив ультразвуковую обра­ботку жидкой фазы. В отдельных случаях положительный эффект может быть дос­тигнут за счет повышения температуры расплава и увеличения времени нахожде­ния композиции в жидком состоянии.

Таким образом, создавая новые КМ жидкофазными способами, следует при­нимать во внимание, что материал матри­цы должен полностью смачивать арми­рующие волокна, не должен разъедать или иным способом разрушать волокна. Кроме того, матрице отводится роль защитного покрытия, предохраняющего волокна от механических повреждений и окисления.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Что понимают под КМ и каковы предпо­сылки их создания?

2. В чем заключается технологическая осо­бенность получения КМ?

3. По каким признакам классифицируют
КМ?

4. Какие основные требования предъявляют к армирующим и матричным материалам?

5. Почему уделяют большое внимание во­просу смачивания и какими способами можно улучшить смачивание армирующих элементов матричным материалом?

Глава II Изготовление изделий

из металлических композиционных материалов

1. ВОЛОКНА

ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Для армирования КМ с металлической матрицей используют освоенные про­мышленностью высокопрочные волокна углерода, бора, карбида кремния и вольф­рама, оксидов алюминия и циркония, про­волоку из стальных, вольфрамовых и мо­либденовых сплавов, а также нитевидные кристаллы ("усы").

Волокна углерода и бора используют обычно для армирования легких сплавов на основе алюминия и магния. Изделия из этих КМ характеризуются высокими прочностью и жесткостью и могут дли­тельно эксплуатироваться при температу­рах 300... 450 °С. Волокна бора с барьер­ным покрытием из карбида кремния могут успешно эксплуатироваться при темпера­турах 600 °С и даже до 800 °С при соот­ветствующем материале матрицы.

Волокна карбида кремния и вольфрама предназначены для армирования жаро­прочных КМ на основе никелево-хромистых сплавов с рабочими темпера­турами 1100... 1300 °С.

Термостойкие и жаропрочные волокна из оксидов алюминия и циркония могут быть эффективными при армировании КМ, длительно работающих при темпера­турах 1400... 1600 °С.

Проволоку из стальных, вольфрамо­вых и молибденовых сплавов широко используют для армирования высоко­прочных КМ.

Нитевидные кристаллы весьма пер­спективны в качестве армирующего мате­риала для получения высокопрочных и жаропрочных КМ.

Волокна углерода относятся к числу перспективных армирующих элементов в свя­зи с низкой плотностью (1400... 2000 кг/м³), высокими пределом прочности при растя­жении (до 3500 МПа), модулем упругости (до 700 000 МПа) и малым диаметром во­локон (5... 12 мкм).

Для получения волокон углерода в ка­честве сырья используют органические волокна из вискозы (целлюлозные искус­ственные волокна) и полиакрилнитрила (поливиниловое синтетическое волокно), которые получают выдавливанием поли­мера в вязкотекучем состоянии через фильеры определенного размера. В каче­стве сырья используют также пеки из ка­менноугольной смолы или нефти.

Волокна углерода получают путем по­следовательного нагрева исходного поли­мерного волокна до температур, превы­шающих температуру деструкции поли­мера. На первом этапе исходное сырье нагревают до температуры 200... 300 °С. При этом волокна окисляются и возника­ют поперечные связи между макромоле­кулами. На втором этапе волокна нагре­вают до температуры 1000... 1500 °С, при этом волокно уже на 80... 95 % состоит из элементарного углерода. После термооб­работки (при 1500... 3000 °С) получают волокна, содержащие 98... 99 % углерода, закристаллизовавшегося в систему, близ­кую к графиту.

Например, процесс получения волокон углерода из полиакрилнитрильного сырья проводят по следующей схеме: нагрев ис­ходного волокна до температуры 220 °С и выдержка в течение 20 ч, затем темпера­туру повышают до 980 °С и выдерживают в атмосфере водорода 24 ч; на следующем этапе волокно выдерживают в течение 2 ч при температуре 2480... 2500 °С и созда­ют принудительную вытяжку волокна в течение 15... 20 мин. Заключительную операцию термообработки проводят при температуре 2700 °С в течение 15 мин. Вытягивание волокон углерода в процессе их производства улучшает ориентацию структуры и значительно повышает проч­ность и модуль упругости.

Волокна углерода имеют относительно высокую химическую стойкость к атмо­сферным условиям и некоторым кислотам (серной, азотной, соляной), что определяет их долговечность при хранении, а также долговечность КМ на их основе. Термо­стойкость при длительной эксплуатации не превышает 400 °С. К недостаткам угле­родных волокон следует отнести низкую прочность на сжатие, химическую актив­ность при взаимодействии с расплавлен­ными металлическими матрицами и ма­лую смачиваемость, особенно с полимер­ными матрицами.

Волокна бора характеризуются низкой плотностью (2400... 3000 кг/см³); прочно­стью при растяжении (до 3800 МПа) и модулем упругости (до 400 000 МПа). Их получают осаждением бора из газовой смеси водорода и треххлористого бора на нагреваемую вольфрамовую проволоку (диаметром 10... 12 мкм). В результате осаждения образуется сердечник из бори-дов вольфрама (диаметром 15... 17 мкм), вокруг которого располагается слой поли­кристаллического бора. Сердечник обра­зуется вследствие диффузии и взаимодей­ствия бора с вольфрамовой проволокой. Поэтому в волокнах бора существует явно выраженная поверхность раздела между оболочкой и сердцевиной. Прочность во­локон во многом зависит от появляющих­ся дефектов в процессе их получения. Снижение прочности в основном связано с появлением локальных дефектов структу­ры борного слоя в виде крупных кристал­лов, инородных включений, трещин, пус­тот и др. Эти дефекты, имеющие техноло­гическое происхождение, могут распола­гаться на поверхности волокон, в борном слое, в сердцевине и на границе раздела между ними.

В промышленных условиях возможно изготовление волокон диаметром 75... 200 мкм. Производительность процесса во многом зависит от температуры осажде­ния. При пониженных температурах (980 °С) скорость осаждения невелика. Од­нако повышение температуры (до 1200... 1315 °С) одновременно приводит к росту крупных кристаллов, что заметно снижает прочность волокон. Для повышения тер­мостойкости волокон на бор тем же спо­собом наносят тонкий слой (2... 6 мкм) карбидов кремния или бора.

В процессе получения волокон бора в качестве подложки могут быть использо­ваны также углеродные нити.

Высокая температура плавления бора (2050 °С) определяет как термостойкость волокон бора, так и высокую поверхност­ную энергию, необходимую для обеспече­ния хорошей смачиваемости. Это оказы­вает положительное влияние на техноло­гические свойства волокон бора.

Волокна карбида кремния определя­ются следующими физико-механически­ми характеристиками: плотностью 3200... 3500 кг/м³, прочностью при растяжении 1700... 2500 МПа, модулем упругости 450000... 480000 МПа. Они жаростойки и жаропрочны и поэтому весьма перспек­тивны для создания КМ на металлической основе с высокотемпературными характе­ристиками.

Волокна карбида кремния получают в вертикальных реакторах по аналогичной схеме, как и при получении волокон бора. Сердечником при этом служат вольфра­мовая проволока или пековые моноволок­на углерода. В последнем случае проч­ность и термостойкость волокон карбида кремния существенно повышаются из-за более низкого уровня напряжений между оболочкой и сердечником. Температура подложки при осаждении карбида крем­ния составляет 1100... 1200 °С. Соотно­шение компонентов парогазовой фазы подбирают в зависимости от требуемого диаметра волокна, диаметра нити подлож­ки и размеров реактора. Промышленно­стью освоен выпуск непрерывных волокон карбида кремния диаметром 80... 120 мкм.

Высокая химическая стойкость к атмо­сферным воздействиям, практическое от­сутствие реакции между материалами матрицы и волокнами и хорошая сма­чиваемость позволяют использовать эти волокна без нанесения барьерных покры­тий при изготовлении КМ с металличе­ской матрицей.

Волокна из оксидов алюминия, цир­кония характеризуются высокими проч­ностью и теплостойкостью. В настоящее время осваивается промышленный выпуск волокон из этих материалов.

Металлическая проволока - наибо­лее доступный и дешевый вид волокон, используемых для армирования КМ. Про­мышленностью уже давно освоено произ­водство проволоки из различных металлов и сплавов. Для армирования КМ исполь­зуют проволоки из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей, характери­зующихся высокими физико-механичес­кими свойствами. В последнее время ши­роко используют проволоки из вольфра­мовых и молибденовых сплавов, специ­ально выпускаемые для армирования КМ.

Нитевидные кристаллы ("усы") -тонкие короткие волокна с монокристал­лической структурой. Технологически возможно получение кристаллов диамет­ром до 10 мкм и длиной до 10 мм. Харак­терно, что прочность "усов" резко возрас­тает с уменьшением диаметра. Например, нитевидный кристалл железа диаметром 3 мкм имеет прочность при растяжении более 12000 МПа, а при диаметре 10 мкм -менее 3000 МПа.

Наиболее распространенными спосо­бами получения нитевидных кристаллов являются выращивание из покрытий, вы­ращивание в электрическом поле, осажде­ние из газовой фазы, химические способы.

Выращивание нитевидных кристаллов из покрытий может происходить само­произвольно при нормальной температуре из легкоплавких металлов (цинка, олова и др.). Покрытия наносят электролитиче­ски, путем парового осаждения или по­гружения подложки в расплавленный металл.

В электрическом поле выращивают кристаллы из железа, меди, серебра и др. Процесс осаждения ведут при больших плотностях тока в присутствии органиче­ских примесей (глюкозы, олеиновой ки­слоты и др.), применяя катоды с малой рабочей поверхностью.

Процесс осаждения кристаллов из га­зовой фазы основан на испарении исход­ного вещества с последующим массопере-носом его через газовую фазу и конденса­ции в зоне осаждения. На рост усов ока­зывают влияние градиент температуры в камере, давление пара и чистота исходно­го вещества.

Наиболее распространены химические способы получения нитевидных кристал­лов, которые нашли применение не только в лабораторной практике, но и в промыш­ленности. Восстановление различных со­единений металлов является основным химическим способом получения ните­видных кристаллов. В качестве исходных соединений используют сульфиды, окси­ды и галогениды.

Для создания КМ на металлической основе в качестве армирующих элементов применяют нитевидные кристаллы таких тугоплавких соединений, как карбиды кремния, бора, оксида алюминия и др.

Благодаря совершенству структуры нитевидные кристаллы имеют высокие, близкие к теоретическим прочностные характеристики. Например, нитевидные кристаллы из карбида кремния имеют плотность 3320 кг/м³, прочность при рас­тяжении 21 000 МПа и модуль упругости 490 000 МПа. Это свидетельствует о боль­шой перспективности нитевидных кри­сталлов для армирования КМ с металли­ческими матрицами. Уже сейчас можно говорить о промышленных масштабах вы­пуска нитевидных кристаллов из карбида кремния и оксида алюминия.

Волокна в чистом виде редко приме­няют для армирования КМ. На волокна, жгуты, ленты тонким слоем наносят барь­ерные и технологические покрытия. Барь­ерные покрытия предназначены для защи­ты волокна от разрушения (деградации) в результате физико-химического взаимо­действия его с матричными сплавами. Они представляют собой термодинамические стойкие химические соединения. Их фазо­вый состав (бориды, нитриды, карбиды, оксиды и т.д.) выбирают в зависимости от характера физико-химической и термоме­ханической совместимости армирующих материалов и матричных сплавов. С этой целью используют различные парогазо-фазные способы осаждения химических соединений на поверхность непрерывно движущихся волокон. Толщина покрытий составляет несколько микрометров.

Технологические покрытия предназна­чены для улучшения смачивания волокна матричным металлическим расплавом и повышения сил адгезии. В большинстве случаев технологические покрытия полу­чают теми же способами, что и барьерные покрытия.

Барьерные и технологические покры­тия обычно совмещают в едином цикле предварительной подготовки волокон при производстве КМ.

2. МАТЕРИАЛЫ МАТРИЦ

В качестве материалов матриц при из­готовлении МКМ применяют освоенные промышленностью металлы и сплавы, а также сплавы, создаваемые специально для получения МКМ. В зависимости от требуемых эксплуатационных свойств применяют следующие материалы: легкие металлы и сплавы на основе алюминия и магния; сплавы на основе титана, меди; жаропрочные и жаростойкие сплавы на основе железа, никеля и кобальта; туго­плавкие сплавы на основе вольфрама, мо­либдена и ниобия.

Алюминиевые сплавы обладают хоро­шей пластичностью, коррозионной стой­костью, но сравнительно невысокой проч­ностью. /Для пропитки КМ применяют алюминиевые сплавы с хорошими литей­ными свойствами, например силумины, имеющие в своем составе повышенное содержание кремния. Перспективным для жаропрочных КМ является САП (спечен­ный алюминиевый порошок), который представляет собой алюминий, упроч­ненный дискретными частицами оксида алюминия. МКМ на основе САП имеют высокую жаропрочность (до 500 °С), хо­рошо обрабатываются давлением, резани­ем и обладают высокой коррозионной стойкостью.

Магний и его сплавы характеризуются низкой плотностью, относительно высо­кими механическими свойствами, способ­ностью сопротивляться ударным нагруз­кам и вибрациям. Кроме того, они доста­точно пластичны и хорошо обрабатыва­ются давлением.

Титановые сплавы имеют малую плот­ность, а по прочностным характеристикам превосходят алюминиевые и магниевые сплавы. Они имеют достаточно хорошие литейные свойства и могут обрабатывать­ся пластическим деформированием в ши­роком интервале температур (600... 1200 °С). /Для армирования КМ промыш­ленностью налажен выпуск фольги из ти­тановых сплавов толщиной 3... 200 мкм.

Медь и медные сплавы имеют высокую электропроводимость и теплопроводность. В технологическом отношении медь и ее сплавы характеризуются высокими пла­стическими свойствами. В большинстве случаев медные сплавы пластически де­формируются в холодном состоянии.

Жаропрочные и жаростойкие сплавы получают на основе системы никель - хром с легирующими добавками вольфрама, молибдена, титана, алюминия. Они стойки к образованию окалины на поверхности в газовых средах при нагреве свыше 500 °С. Повышенная длительная прочность, высо­кое сопротивление ползучести и усталости достигаются за счет введения в сплавы титана и алюминия. В настоящее время сплавы на никелевой и кобальтовой осно­ве, легированные различными элемента­ми, способны работать при температурах до 1100 °С. Пластические свойства таких сплавов низки, поэтому их подвергают обработке давлением. МКМ из жаропроч­ных сплавов изготовляют преимущест­венно жидкофазными методами (литье, пропитка), а также методами порошковой металлургии (прессование, спекание).

Порошковой металлургией стало воз­можно получать МКМ с матрицей из осо-ботугоплавких сплавов - ниобия, вольф­рама, молибдена и сплавов на их основе. Волокнистыми наполнителями (нитевид­ными кристаллами из тугоплавких соеди­нений) эти матрицы армируют с целью придания им особых эксплуатационных свойств (ударопрочности, термостойкости и других специальных физических харак­теристик).

3. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУФАБРИКАТОВ И ГОТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

При разработке технологического про­цесса получения изделий из КМ прихо­дится в комплексе решать многие вопро­сы: выбор армирующих и матричных ма­териалов, их химическое взаимодействие, смачивание, способы ориентации арми­рующих волокон, способы окончательного объединения волокон и матрицы в единое целое (изделие), выбор оптимальных тех­нологических режимов и др. Не существу­ет универсального технологического про­цесса, пригодного для получения любого изделия из КМ. Неудачно выбранные тех­нологический метод и режимы изготовле­ния КМ приводят к тому, что прогнози­руемые физико-механические и эксплуа­тационные показатели на практике не реа­лизуются.

Технологическому процессу получения КМ предшествуют вспомогательные опе­рации: очистка, мойка и сушка волокон, объединение их в жгуты или каркасы, по­лучение элементарных соединений матри­ца - волокно, сборка чередующихся слоев элементов и др.

Короткие армирующие элементы вво­дят в матричные материалы в разори-ентированном состоянии или предвари­тельно ориентируя их в определенном направлении.

В производственных условиях из ра-зориентированных кристаллов, коротких волокон и проволок изготовляют полу­фабрикаты: войлок, маты и т.д. Использу­ют различные способы войлокования: жидкостные, воздушные, вакуумные и гравитационные. В качестве примера на рис. 8.4 показана схема жидкостного вой­локования коротких волокон. Суспензия из питающего бака 1 поступает на сетку 2, покрытую фильтровальной бумагой. С помощью роликов 3 она проходит над ка­мерами 4 для отсоса жидкости. Прижим­ными валками 5 войлок уплотняется и поступает в печь б, где он просушивается или, при необходимости, спекается.

Для получения армирующих элементов с требуемой ориентацией применяют тех­нологию текстильной переработки. Ко­роткие волокна перерабатывают в пряжу. Пряжей называют нить из коротких воло­кон, соединенных путем кручения. Пряжа может быть однородная (из одного вида волокна) или смешанная (из смеси раз­личных волокон). Пряжу можно использо­вать для непосредственного армирования КМ или сшивать нитями в ткань или лен­ты. Сетки и ткани получают в результате ткацкой переработки непрерывных воло­кон и металлических проволок. Направле­ние и порядок взаимного расположе­ния армирующих элементов определяют их

! 2 3 4

\ \ м

шжжжжш

б) в)

Рис. 8.5. Схемы получения армированных пакетов (а), лент (б) и рулонов (в)

структуру и свойства. Возможны и другие варианты соединения отдельных волокон из пластичных материалов в единый ар­мирующий элемент.

Жесткие волокна, например из вольф­рама, молибдена, ниобия и их сплавов, ориентируют в материале матрицы в виде пакетов, листов, рулонов и т.п. Пакеты (рис. 8.5, а) получают путем послойной укладки рифленой фольги 2 из материала матрицы, армирующих волокон 3 и воло­кон 4 из материала матрицы или любого другого материала. Набранные таким об­разом пакеты определенной высоты со­единяют полосами материала матрицы /. Ленты (рис. 8.5, б) получают путем пооче­редной укладки армирующих и матрич­ных волокон между полосами. В отдель­ных случаях ленты сматывают в рулоны (рис. 8.5, в). Чтобы закрепить волокна на матричной полосе, на них плазменным напылением наносят тонкий слой мате­риала матрицы.

На предприятиях обычно организуют выпуск полуфабрикатов в виде листов, труб, профилей и т.д. Основой производ­ства полуфабрикатов и изделий из КМ служат так называемые препреги, пред­ставляющие собой однослойные ленты с одним рядом армирующих волокон или тканей, пропитанных или покрытых мате­риалом матрицы с одной или с обеих сто­рон. Используют также пропитанные ме­таллом жгуты волокон или индивидуаль­ные волокна с покрытиями материалом матрицы.

Все технологические способы получе­ния препрегов, полуфабрикатов и изделий из МКМ условно можно разделить на че­тыре основные группы: парогазофазные, жидкофазные, твердожидкофазные и твер­дофазные.

Парогазофазные способы применяют для нанесения на волокна жгута, ленты и ткани барьерных или технологических покрытий. Применять эти способы для полного компактирования КМ нецелесо­образно, так как они характеризуются низкой производительностью процесса.

Жидкофазные способы используют на всех стадиях производства КМ - от полуфабрикатов до изделий. К ним отно­сятся протяжка волокон, жгутов и тканей через расплав материала матрицы для пла­стифицирования волокна и получения со­ответствующих препрегов; пропитка паке­тов препрегов материалом матрицы на стадии получения полуфабрикатов или готовых изделий из КМ; плазменные и некоторые другие виды газотермического распыления металлов для получения лен­точных препрегов и "корковых" полуфаб­рикатов, подвергаемых последующему компактировапию методами обработки давлением.

Универсальным и наиболее освоенным промышленностью способом изготовле­ния КМ является пропитка. Этот способ имеет ряд преимуществ перед твердофаз­ными способами изготовления МКМ: бо­лее высокую производительность процес­са; практическое отсутствие силового воз­действия на компоненты, что обеспечива­ет возможность получать крупногабарит­ные изделия, в том числе сложного фа­сонного профиля; возможность создания непрерывности процесса пропитки, меха­низации и автоматизации технологическо­го процесса.

В зависимости от условий обеспече­ния смачиваемости системы армирующий каркас - расплав материала матрицы применяют две схемы пропитки: само­произвольную пропитку и пропитку под давлением.

Самопроизвольную пропитку осуще­ствляют путем заливки расплавленного

материала в форму с уложенным в ней каркасом из армирующих волокон.

Наиболее перспективным и производи­тельным является способ непрерывной протяжки армирующих каркасов через расплав материала матрицы. По этой схе­ме разрабатываются технологические процессы непрерывного литья полуфабри­катов из КМ. Принципиальные преимуще­ства этого способа производства КМ - в его непрерывности, малом времени кон­тактирования волокон с расплавом, малых трудозатратах и капиталовложениях. Пер­спективной считается вертикальная схема пропитки, при которой волокна, ленты, препреги проходят через ванну с распла­вом и на выходе через фильеру получают форму сечения полуфабриката (рис. 8.6). Поэтапное сужение сечения фильеры на выходе позволяет получать полуфабрикаты с высоким объемным содержанием арми­рующих волокон.

Принудительную пропитку обычно ис­пользуют при недостаточной смачиваемо­сти в системе матрица - волокно или для ускорения процесса пропитки для компо­нентов с удовлетворительной и хорошей смачиваемостью.

В качестве примера на рис. 8.7 показа­на схема вакуумной пропитки КМ. Запол­нение пор расплавленным металлом осу­ществляется за счет разности между атмо­сферным давлением и давлением, создан­ным в порах при вакуумировании. Верти­кальное расположение тигля обеспечивает ускорение процесса протекания за счет дополнительного давления массы расплава.

Разновидностью пропитки под давле­нием является создание избыточного дав­ления сжатым газом на зеркало расплав­ленного металла. Эффективность процесса пропитки значительно повышается при наложении ультразвуковых колебаний.

Твердожидкофазные способы ис­пользуют для получения полуфабрикатов и изделий из КМ методами горячего прес­сования, волочения и прокатки пакетов, препрегов. Необходимым условием явля­ется нанесение матричного материала на ленты, препреги и ткани в таком количе­стве, чтобы его оказалось достаточно в жидкой фазе для равномерной пропитки волоконного каркаса расплавом. Прессо­вание осуществляется в интервале кри­сталлизации сплава материала матрицы. Прессование КМ в условиях твердожидко-го состояния матричных сплавов способ­ствует снижению давления и уменьшает вероятность разрушения волокон.

Твердофазные способы используют для компактирования изделий из полу­фабрикатов. Основным критерием приме­нимости твердофазных способов является возможность деформирования компонен­

тов КМ. Но при этом совместное пласти­ческое деформирование матрицы и воло­кон не должно приводить к разрушению арматуры. Это обстоятельство является основным препятствием для более широ­кого использования способов соединения арматуры и матрицы пластическим де­формированием. Если в качестве армату­ры выбраны волокна или проволоки со значительным запасом пластичности, то уплотнять МКМ можно ковкой, прокат­кой, импульсным прессованием и др. Воз­можны также различные способы диффу­зионной сварки.

К процессам соединения в твердо­фазном состоянии предъявляют высокие требования по подготовке компонентов: высокая чистота поверхностей контакти­рования, отсутствие оксидных пленок и т.д. Это является дополнительным пре­пятствием для более широкого примене­ния твердофазных способов при изготов­лении изделий из КМ.

Глава III

Из приведенных технологических спо­собов получения изделий из МКМ наиболее освоены в промышленном масштабе про­питка, непрерывное литье, прокатка. Серь­езным тормозом к применению МКМ в от­раслях промышленности с массовым про­изводством является их высокая стоимость.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Перечислите основные армирующие ма­териалы для МКМ.

2. В чем заключается физическая сущность получения волокон углерода и бора?

3. Какими способами получают нитевидные кристаллы?

4. Каково назначение барьерных и техноло­гических покрытий волокон?

5. Перечислите основные материалы мат­рицы.

6. Перечислите основные способы получе­ния полуфабрикатов и готовых изделий из МКМ.

7. Почему улучшается качество получае-
мых заготовок при непрерывной пропитке?

1. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОРОШКОВ

Порошковая металлургия - отрасль технологии, занимающаяся получением порошков и изделий из них.

Конкурентная способность порошко­вой металлургии по сравнению с традици­онными способами получения заготовок литьем из металла все больше проявляется за счет следующих факторов: возможно­сти получения материала со специальны­ми физическими и эксплуатационными свойствами; применения в качестве ис­ходных материалов отходов основного производства - обрезков, стружки, окали­ны и т.д., а также получения материала из руды, минуя стадию металлургии; практи­ческого отсутствия необходимости даль­нейшей механической обработки полу­чаемых заготовок и тем самым снижении трудоемкости и себестоимости их изго­товления и увеличении коэффициента ис­пользования материала; совмещении про­цессов получения необходимого материа­ла и готового изделия; высокого уровня механизации и автоматизации всех техно­логических операций.

Технологический процесс сводится к формованию порошковых или волокни­стых компонентов в заготовки, которые подвергают термической обработке - спе­канию. Изготовление заготовок из метал­лических КМ с волокнистыми наполните­лями сдерживается относительно высокой стоимостью самих волокон.

Промышленность выпускает различ­ные металлические порошки: железный, медный, никелевый, хромовый, кобальто­вый, вольфрамовый, молибденовый, тита­новый и др. Способы получения порошков условно разделяют на механические и фи­зико-химические.

Наибольшее практическое применение имеет способ механического измельчения исходного сырья (стружки, обрезков, скрапа и т.д.). Измельчение проводят в механических мельницах. Размолом полу­чают порошки из легированных сплавов строго заданного химического состава и из хрупких материалов (кремний, берил­лий и т.д.).

Промышленностью также освоена тех­нология получения порошков путем раз­дува жидкого металла струей газа или жидкости. Наиболее простым и экономич­ным является способ раздува жидкого ме­талла струей воды под определенным дав­лением.

При применении механических спосо­бов исходный продукт измельчают без изменения химического состава. К недос­таткам механического измельчения следу­ет отнести высокую стоимость порошков, так как в нее входит стоимость изготовле­ния исходных металлов и сплавов.

К физико-химическим способам отно­сят такие технологические процессы, в которых получение порошка связано с изменением химического состава исход­ного сырья или его состояния в результате химического или физического (но не ме­ханического) воздействия на исходный продукт. Физико-химические способы получения порошков более универсальны, чем механические. Возможность исполь­зования дешевого сырья (руды, отходов производства в виде окалины, оксидов) делает многие физико-химические спосо­бы экономичными. Порошки тугоплавких металлов, а также порошки сплавов и соединений на их основе могут быть по­лучены только физико-химическими спо­собами.

Наиболее дешевы порошки, получае­мые методом восстановления руды и ока­лины. Почти половину всего порошка же­леза получают восстановлением руды.

Дата добавления: 2015-07-25