67. Газофазный способ и способ жидкофазной пропитки могут быть использованы в комбинации для получения композиционных углерод-углеродных материалов, т.е. так называемым комбинированным способом,

67. Газофазный способ и способ жидкофазной пропитки могут быть использованы в комбинации для получения композиционных углерод-углеродных материалов, т.е. так называемым комбинированным способом, который представляет собой самую оптимальную технологию для изготовления деталей соплового тракта твердотопливных ракет. Сущность этого метода состоит в жидкофазной пропитке или газофазном уплотнении армирующего каркаса пироуглеродом с последующим доуплотнением его газофазным или жидкофазным способами соответственно до получения необходимых свойств. В этом случае возможно получение материала с гибридной матрицей: кокс смолы (пека) + пироуглерод, при этом необходимо правильно выбрать последовательность уплотнения армирующего каркаса матрицей. Особое внимание должно быть обращено на обеспечение глубокой пропитки или насыщения каркаса по объему и возможность сочетания матриц различного вида. В настоящее время ведутся разработки по созданию композитов с углеродно-смоляной (гибридной) матрицей, Примером может служить композит, запатентованный американской фирмой "Мак Доннелл Дуглас"1. Способ заключается в формировании углеродно-фенольной матрицы на углеродной ткани. На первом этапе ткань пропитывается смолой и подвергается карбонизации при высокой температуре. На втором этапе полученный пористый углерод-углеродный композиционный материал пропитывается термопластичной фенолоформальдегидной смолой под давлением. Получается достаточно пластичный, низкотеплопроводный материал с повышенной прочностью при сдвиге, при этом стоимость его невысока. Материал предназначен для обеспечения работоспособности теплонапряженных узлов различных изделий.

68. Процессы получения боропластиков и стеклопластиков примерно аналогичны. Из-за большого диаметра борных мононитей (80...100 мкм) и их высокой хрупкости они не выдерживают перегибов, поэтому нитепроводящие детали не должны иметь высокой кривизны. Изделия изготовляют методами послойной выкладки, намотки с последующим формованием в автоклавах под давлением до 1,6 МПа при температуре до 200°С (эпоксидные смолы) или до 300°С (полиимидные смолы). В полимерную матрицу волокнистый наполнитель вводится в виде рубленного волокна длиной от нескольких десятков микрометров до нескольких десятков миллиметров, непрерывных нитей и листовых волокнистых наполнителей. Рубленные волокна в зависимости от соотношения показателей механических свойств полимера и наполнителя, размеров волокон, а также от характера взаимодействия на границе раздела полимерная матрица – волокно могут проявлять свойства как обычных дисперсных, так и армирующих наполнителей, упрочняющее действие которых определяется степенью реализации прочности волокна. Упрочняющая роль волокон (диаметром 3-12 мкм) в стекловолокнитах, асбоволокнитах, органоволокнитах, карбоволокнитах проявляется уже при длине волокна 2-4 мм. С увеличением длины волокон прочность возрастает благодаря взаимному их переплетению и понижению локализованных по концам волокон напряжений в связующем (в случае высокомодульного наполнителя). Рубленные волокна могут располагаться в полимерной матрице хаотично или ориентировано. Непрерывные волокна иногда вводятся слоями, которые могут быть ориентированы под различными углами в зависимости от требований, предъявляемых к ПКМ. Использование непрерывных волокон позволяет получать изделия из ПКМ с исключительно высокими прочностными показателями. Листовые волокнистые наполнители (ткани, холсты, сетки, маты, вязанные материалы и др.) служат основой для получения слоистых ПКМ, отличающихся анизотропией свойств (например, прочностных, теплофизических) вдоль слоев и перпендикулярно слоям армировки. Анизотропия свойств отчасти устраняется применением объемно-тканых и объемно-вязаных наполнителей, изготавливаемых в соответствии с формой изделия, которая фиксируется при отверждении связующего.

69. Упрочнение алюминия высокопрочными и высокомодульными волокнами позволяет создавать КМ с высокими удельными прочностью и жесткостью, высокой жаропрочностью и регулируемой анизотропией свойств. В КМ на основе алюминия матрицей служат сплавы АД1, АМг2, АМц, АМгЗ, АМг6, Д16, 2024, 7075, армирующими элементами – волокна стали, бора, борсика, углерода и карбида кремния. Кроме того, разработаны КМ на основе алюминия с волокнами вольфрама, молибдена, бериллия, титана и SiO2. Известны КМ на основе алюминия армированные НК Al2O3, SiC. При изготовлении КМ на основе алюминия применяют жидко- и твердофазные методы (горячее прессование, прокатку, экструзию, сварку взрывом), а также процессы осаждения. Так, горячим прессованием получают KM Al-В, алюминий-борсик. Al-Be, алюминий-сталь, Al-SiC, Al-SiО2, матрица которых представляет собой фольгу, ленту, лист или порошок. Процесс осуществляется в вакууме, на воздухе или в контролируемой атмосфере и контролируется напряжением течения или ползучестью матричного материала. Для снижения температуры и давления могут использоваться вспомогательные средства – припои, легкоплавкие металлы или металлы, образующие эвтектику. Недостаток – прерывистость процесса. Параметры процесса получения КМ с объемной долей волокон бора 0,5 таковы: время – 1 ч, давление примерно 600 МПа, температура – 753 К. Этим способом могут быть получены многослойные ленты, листы, стержни, профили, лопатки компрессоров и турбин. Для выработки полуфабрикатов и изделий большой длины можно применять ступенчатое (последовательное) прессование. Прокаткой изготавливают КМ армированные металлическими проволоками, например KM Аl-В, алюминий - сталь. Процесс, осуществляемый при температурах (0,7 -0,9) Tпл, является полунепрерывным или полностью непрерывным. Недостаток его заключается в том, что при больших степенях обжатия происходит разрушение волокон. Для предупреждения этого применяют поперечную прокатку. При прокатке используется матрица в виде фольги, ленты, листа или порошка. Прокаткой могут быть получены КМ в форме монослойной ленты, листов, балок. Методом экструзии изготавливаются КМ (в виде прутков и трубок), армированные непрерывными и дискретными преимущественно металлическими волокнами. Экструзия осуществляется как в холодном, так и в горячем состоянии заготовки. Матрица используется в виде порошка, прутков и трубчатых заготовок. Как правило, экструзия осуществляется в контейнерах. Сваркой взрывом изготавливаются КМ, армированные металлическими волокнами, например, КМ алюминий - сталь. Достоинством метода является его дешевизна и возможность получения листов и изделий большого размера, недостатком – разрушение хрупких волокон типа бора и карбида кремния. Сваркой взрывом можно производить листы, плиты, трубы, оболочки. Процессы осаждения, заключающиеся в напылении или осаждении матричного материала, который применяется обычно в виде порошка или проволоки (при плазменном напылении), не окончательные. Они позволяют изготавливать полуфабрикаты для последующего уплотнения. Наиболее распространен и доступен полуфабрикат KM Аl-В, полученный плазменным распылением алюминиевой проволоки на ориентированные волокна бора. Жидкофазными процессами, заключающимися в пропитке расплавом алюминия и его сплавов армирующих волокон, можно вырабатывать КМ Аl-В, Аl-С, Аl-B/SiC, AlSiC, Аl-В (с покрытием BN), алюминий - сталь. Процесс осуществляется в вакууме или контролируемой атмосфере при температуре примерно 973 К. Для предотвращения взаимодействия волокон бора или стали с расплавом применяются покрытия, а для улучшения смачиваемости волокон расплавом - покрытия или поверхностно-активные вещества.

70. По комплексу физико-механических свойств (высокие прочность, удельная прочность и коррозионная стойкость, нехладноломкость, немагнитность) титан является одним из наиболее перспективных легких материалов для авиационной и космической техники. Армирование титана и его сплавов высокомодульными волокнами производится главным образом с целью повышения жесткости. Упрочнение титана высокомодульными волокнами позволяет создавать КМ с высокими удельной прочностью, жесткостью, жаропрочностью и малой анизотропией свойств. Самый подходящий сплав на основе титана это титан – бор. Технология получения: ленты KM Ti-В получают преимущественно методами плазменного напыления и высокоскоростной сварки. В первом случае на волокна, намотанные на барабан, покрытый фольгой сплава Ti-Al-V, напыляется порошок титанового сплава. Затем производится горячее прессование лент в вакууме при температуре 1088 К и давлении 70 МПа с выдержкой 1 ч. Из лент, полученных плазменным напылением, изготавливаются кольца. Для этого из сплава Ti-Al-V вытачиваются два кольца – внутреннее (с проточкой на внешней поверхности) и наружное. В проточку внутреннего кольца наматывается лента из КМ (Ti – Al – V) – В с объемной долей волокон бора 50%. Наружное кольцо насаживается на внутреннее, и сборка подвергается горячему вакуумному прессованию в кольцевой пресс-форме из суперсплава. Высокоскоростную сварку для получения лент из КМ Ti-В осуществляют таким образом: набор из трех титановых фольг (с обеих сторон центральной фольги накатаны канавки) и двух слоев волокон бора (с расчетом на объемную долю 25-30 %) подают в непрерывно действующую машину диффузионной сварки с валками из тугоплавкого металла. Скорость сварки 15 см/мин, высокотемпературная выдержка эквивалентна статическому нагреву при температуре 1255 К в течение 1 с. Толщина слоя диборида титана в КМ составляет 0,05 мкм. После сварки производится отжиг КМ при температуре 922 К в течение 30 мин, который способствует росту прочности и разрушающей деформации. Из монолент сваркой, прокаткой, ковкой или прессованием получают детали различной формы. Свойства: максимальная температура, при которой могут применяться KM Ti-В, равна 813 К. КМ обладают высокой кратковременной и длительной прочностью

71. Полиакрилонитрил (ПАН) является линейным полимером, состоящим из углеродной скелетной молекулы с углеродазотными боковыми группами:

Свойства исходного ПАН-волокна оказывают большое влияние на качество углеродного волокна. К числу важнейших показателей ПАН-волокна относятся химический состав, структура, механические свойства, наличие дефектов. Для растворения ПАН используют только полярные растворители. Как сам полиакрилонитрил, так и его сополимеры формуются в основном по мокрому способу. По этой технологии полимер растворяется, и прядильный раствор, пройдя через фильеру в осадительную ванну, образует волокно. Затем волокно проходит промывку, вытяжку и сушку. Молекулярная структура и свойства волокна в значительной степени зависят от технологии получения. Результатом процесса мокрого формования является образование ориентированных структур в ПАН-волокнах, что благоприятно сказывается на его прочности. Ориентация ПАН-волокна имеет существенное значение, так как организованные надмолекулярные образования служат матрицей при формировании структуры углерода и обусловливают механические свойства углеродного волокна. Ориентация фибрилл при образовании трехмерной сетки может быть увеличена вытяжкой волокна в осадительной ванне (при формовании) и из сополимера в горячей воде. Ориентационная вытяжка повышает механические свойства ПАН-волокна. На свойства углеродного волокна большое влияние оказывает загрязнение исходного полиакрилонитрильного волокна. В результате выгорания инородных включений в процессе карбонизации на поверхности углеродного волокна возникают дефекты, снижающие его прочность. Одной из важнейших операций при получении углеродного волокна является окисление ПАН-волокна. Оно обеспечивает стабилизацию полученной структуры ПАН-волокна и образование предструктуры, благоприятной для создания оптимальной структуры углерода, и приобретение углеродным волокном высоких механических свойств. На стадии окисления протекают сложные химические процессы и структурные превращения. На практике обычно применяют термическое окисление, при котором основной реакцией является реакция циклизации с образованием лестничного полимера. При этом сохраняется ориентация и структура волокна. При стабилизации ПАН-волокна на воздухе происходит не только реакция циклизации, но и взаимодействие между полимером и кислородом среды. При этом предположительно могут существовать три независимые структуры окисления ПАН-волокна:

Основными продуктами, выделяющимися на стадии окисления, являются Н2О, NH3 и HCN. К основным параметрам окисления относятся температура, время и ориентационное вытягивание. Обычно применяют три температурных режима: мягкий (< 220 С), средний (220-250 С) и жесткий (> 250 С). Продолжительность процесса уменьшается с повышением температуры. Уменьшение скорости нагрева приводит к повышению прочности волокна. Повышение прочности углеродного волокна с увеличением продолжительности нагрева не сопровождается ростом его упругости; модуль упругости практически не изменяется. При выборе оптимальных условий необходимо учитывать диаметр элементарного волокна; с его увеличением продолжительность окисления возрастает, В процессе окисления происходит усадка волокна, достигающая 20-40 %, вследствие чего наблюдается дезориентация структурных элементов ПАН-волокна. Нарушение ориентации во время окисления отрицательно сказывается на образовании структуры углеродного волокна при карбонизации, в результате получается малопрочное углеродное волокно.

Применение вытягивания способствует ориентации предструктур, возникающих на стадии окисления. В результате получается система; подобная жидкокристаллической, которая выполняет функцию матрицы при формировании структуры углеродного скелета в процессе карбонизации волокна. Высоких деформаций (вытягивания) можно достичь, видимо, до момента образования густой сетки межмолекулярных связей, препятствующих развитию деформации. После процесса окисления производится высокотемпературная обработка (карбонизация и графитация) ПАН-волокна. При этом осуществляется переход от органического волокна к углеродному, сопровождающийся сложными химическими и структурными преобразованиями полимера, образованием углерода и формированием структуры углеродного волокна. Одновременно происходит изменение физико-химических и механических свойств материала. Этот сложный переход можно разделить на три основные стадии: при температуре 200-600 С протекают наиболее важные химические превращения; в интервале температур 400-1200 С формируются основные элементы структуры углеродного волокна; при температуре > 1200С происходят преимущественно физические изменения, связанные с совершенствованием структуры углеродного волокна. Графитация волокна производится в основном при температуре 1800-3000 °С. Содержание углерода в графитированном волокне > 99%, в карбонизованном 95 %, сетка ПАН-волокна обладала бы большей степенью ориентации фибриллярных элементов. Необходимость в предварительной подготовке ПАН-волокон, обеспечивающей достижение требуемых ориентационных эффектов, обусловливает проведение процесса вытягивания и последующую термофиксацию для предотвращения релаксации.

72. Для применения в планере самолетов используют стеклопластики (когда не требуется высокое значение модуля Юнга), боропластики и углепластики Боро- и углепластика предыдущего поколения используются для изготовления предкрылков и интерцептров на самолетах Боинг-707 и Боинг-737. Достигнутая при этом экономия массы составляет 24 %. Технология получения: Волокна бора получают осаждением из газовой фазы бора на нагретую до температуры 1373-1473 К поверхность вольфрамовой проволоки диаметром 12,5 мкм. Диаметр волокон, выпускаемых промышленностью 90-150 мкм. Для получения волокон используют одно- или двухкамерный реактор, через который со скоростью 4,7-18 м/ч протягивается вольфрамовая нить, нагретая с помощью прямого пропускания тока, подводимого через затворы-контакты. Соотношение компонентов парогазовой фазы подбирается в зависимости от требуемого конечного диаметра волокна, диаметра вольфрамовой подложки и размеров реактора. Образование осаждающегося бора путем восстановления его из тетрахлорида бора протекает в среде водорода по реакции: 2BCl3 + 3H2  2B + 6HCl. Сердцевина волокон бора, полученных на вольфрамовой подложке, состоит из боридов вольфрама WB, W2B3 и WB4. При продолжительном нагреве сохраняется в основном фаза WB4. Образование указанных соединений происходит в результате реактивной диффузии при взаимодействии вольфрама с бором в условиях высокотемпературного нагрева. Для повышения термостойкости и химической стойкости на бор тем же способом (см. ниже) наносят тонкий (2-6 мкм) слой карбидов кремния и бора (SiC/B/W или B4C/B/W).

73. Наиболее часто для армирования КМ используется стальная проволока диаметром 20-1500 мкм, изготовленная из высокоуглеродистых и малолегированных, нержавеющих и мартенситностареющих сталей. Высокопрочная проволока из нержавеющих сталей – один из самых распространенных армирующих материалов для КМ, работающих в интервале температур 73-623 К. Ее преимущество по сравнению с проволокой из углеродистых сталей заключается в большей теплостойкости и наличии пассивной поверхности, слабо взаимодействующей не только с атмосферой, но и с матричными материалами.

Нержавеющие стали по структуре, приобретаемой после термообработки, делятся на три класса: аустенитные, аустенитно-мартенситные и мартенситные (табл. 5.2 – 5.4). Способность мартенситно-стареющих сталей упрочняться в результате старения – свойство, ценное при использовании их в качестве армирующих волокон для КМ на основе легких сплавов. Поэтому при изготовлении, например КМ на алюминиевой основе, армированных волокнами из мартенситно-стареющих сталей, диффузионную сварку, прокатку или горячее прессование целесообразно проводить именно в том интервале температур, в котором такие армирующие волокна упрочняются. Высокопрочные стальные проволоки других классов при температуре формирования КМ разупрочняются. Технология получения: Оптимальным вариантом производства проволоки высокой прочности из высокоуглеродистых сталей является сочетание патентирования и последующего холодного волочения. Катанку из высокоуглеродистых сталей диаметром 6000 мкм при патентировании нагревают до температуры аустенизации (1133-1213 К), выдерживают при этой температуре, а затем подвергают ступенчатому охлаждению. Для нагревания стали марки У12А используются патентировочные печи (нагрев – обычно до температуры 1373-1453 К – производят газовым или мазутным топливом) либо электрические протяжные. Наиболее экономичны установки для патентирования с электроконтактным нагревом. Ступенчатое охлаждение заключается в погружении нагретой катанки или передельной заготовки в ванну с расплавом свинца или расплавом смеси солей (температура 683-823 К) и последующем охлаждении на воздухе или в воде. С увеличением диаметра проволоки необходимо снижать температуру ванны во избежание получения грубодисперсных структур. Свинцовые ванны обладают большей охлаждающей способностью, поэтому температура в них на 30-40 К выше, чем в солевых. Поскольку применение расплава свинца сопряжено с опасностью загрязнения окружающей среды, чаще используют солевые ванны. Оптимальная температура патентирования определяется по формуле Т = (900 – 50 С+ 0,01dз) + 273, где С – содержание углерода, %; dз – диаметр патентируемой волочильной заготовки, мкм. Такую обработку высокоуглеродистых сталей проводят для получения в них структур мартенсита и бейнита, но чаще всего тонкопластинчатого перлита. Для получения однородной структуры перед патентированием проводится высокотемпературная нормализация заготовки. После термообработки (нормализации и патентирования) заготовка подвергается волочению. Волочение углеродистых сталей производят с единичными обжатиями 10-37 %, волочение высокопрочной проволоки из углеродистых сталей на заключительном этапе – с высокими скоростями и относительно малыми единичными обжатиями (10-12 %) во избежание появления винтовых трещин. Чаще всего суммарное обжатие составляет около 80 %, в некоторых случаях его увеличивают до 90-94 %. Свойства патентированной проволоки зависят от величины общей (суммарной) деформации и от величины единичного обжатия. Упрочнение тем выше, чем больше суммарное обжатие. Оптимальная величина единичных обжатий должна быть примерно 10-12 %.

В результате упрочняющей холодной пластической деформации патентированная проволока из высокоуглеродистой стали приобретает значительные остаточные напряжения, которые сильно снижают предел упругости и почти не влияют на предел прочности. Для уменьшения этих напряжений и повышения предела упругости и релаксационной стойкости проволоку подвергают низкотемпературному отпуску в интервале температур 473-573 К, в результате чего предел упругости увеличивается на 100 %, предел прочности – на 10 %. Для повышения прочности проволоки заготовки (катанки) с аустенитной, мартенситной и аустенитно-мартенситной структурой после термообработки подвергаются волочению с общей деформацией до 97 % и единичными обжатиями 10-40%, Между единичными обжатиями проволоку отжигают при температуре 473-673 К. В процессе холодной пластической деформации проволок из аустенитных сталей в структуре происходит мартенситное превращение, приводящее к увеличению прочности и снижению пластичности. Высокопрочную проволоку из нержавеющих сталей получают также волочением заготовок с предварительным их подогревом для повышения пластичности (а следовательно, и допустимых единичных обжатий) или с охлаждением до отрицательных температур. При этом в процессе пластической деформации сталей с нестабильным аустенитом мартенситное превращение интенсифицируется. Так, в результате волочения заготовок из стали 12Х18Н10Т при температуре 203 К мартенситное превращение завершается при деформациях 45-50 %, а при обычном холодном волочении требуются деформации 75-80 %. Окончательной операцией при получении высокопрочных проволок таким методом является калибровочная протяжка через алмазную фильеру, которая способствует достижению более однородной структуры и большей стабильности механических свойств.

Технологический процесс производства проволок из мартенситно-стареющих сплавов включает основные операции, характерные для производства высокопрочных проволок из нержавеющих сталей. Стабильные механические характеристики мартенситно-стареющих сталей получают гомогенизацией заготовок при температурах 1473-1533 К в течение 1 ч. Прокатку заготовок начинают при этих же температурах и закапчивают при 1033-1273 К. Мартенситно-стареющие стали способны хорошо деформироваться как в горячем, так и в холодном состоянии. Холодная деформация этих сталей со степенью обжатия свыше 25 % возможна после закалки их с температур аустенизации. При закалке с температур 1073-1273 К предел прочности почти не изменяется. Иногда (при наличии в структуре стали после прокатки карбонитридов титана) закалку проводят с температуры 1473 К. Закалка придает мартенситно-стареющим сталям очень высокую пластичность:   15 %,  = 75  85 %. Завершающая операция в технологическом процессе получения проволок из мартенситно-стареющих сталей – старение, которое придает им высокую прочность. Его проводят при температурах 723-783 К в течение 6-8 ч.

74. Метод осаждения из парогазовой среды заключается в реакции взаимодействия между газообразными веществами с последующей конденсацией продуктов взаимодействия в зоне осаждения на неподвижных или подвижных подложках - зародышах НК. Процесс осаждения НК управляется путем изменения парциальных давлений участвующих в реакции веществ и варьированием скорости потока газовой смеси. Осаждением из парогазовой среды получают НК оксидов, карбидов, нитридов, боридов, бора диаметром 5-100 мкм и длиной от долей миллиметра до нескольких сантиметров. Этот метод лежит в основе промышленной технологии выращивания НК.

75. Органопластики – это композиционные материалы, представляющие собой матрицу из связующего (обычно, эпоксидной, полиэфирной или фенольной смолы) и армирующего наполнителя из органических волокон, нитей, тканей и т.п. Органопластики имеют выдающиеся физико-механические характеристики, которые делают их, в настоящее время, незаменимыми при изготовлении различных деталей в самых различных отраслях промышленности. В органопластике, армированном полимерными волокнами, происходит диффузия полимерного связующего в поверхностные слои волокон с образованием промежуточного межфазного слоя. Благодаря этому, свойства наполнителя в составе композиционного материала отличаются от свойств исходного волокна. Именно развитый межфазный слой в органопластиках на границе раздела "волокно – матрица" принципиально отличает эти материалы от угле- и стеклопластиков, определяя, в том числе, и их особые акустические свойства. Такие материалы обладают более высокими ударной вязкостью, вибропрочностью, эрозионной стойкостью и усталостной прочностью, при той же небольшой плотности. Сложная структура органопластиков определяет высокую сложность их неразрушающего контроля. При этом, контроль изделий из органопластиков, часто 100% - ый, как правило, необходим из-за тяжелых условий эксплуатации, для которых они предназначены. Арамидная нить подается в измельчительную головку, откуда вылетают в сторону формуемого изделия короткие волокна. В потоке воздуха они смешиваются со струей смолы и отвердителя и наносятся на форму. После нанесения рубленного ровинга, его необходимо прикатать с целью удаления воздушных включений.

Технология производства органолопластика напылением получила распространение при мелко и среднесерийном производстве относительно неответственных, т.е. мало - или средненагружаемых при эксплуатации, изделий из органопластика. Технология производства органопластика напылением имеет ряд преимуществ перед технологией его производства ручным формованием. Нанесение связующего осуществляется с помощью специального оборудования. При этом отпадает необходимость в предварительном раскрое ткани из арамидного волокна и приготовлении смеси смола - отвердитель, также резко сокращается доля ручного труда при производстве изделия. Оборудование для производства органопластика напылением автоматически осуществляет четкую дозировку смолы и отвердителя и рубку ровинга. На долю ручного труда остаётся уплотнение пропитанного связующим волокна в матрице прикаточным валиком

76. Бериллий (Be) - легкий металл светло-серого цвета. Бериллиевые концентраты перерабатывают в оксид или гидроксид бериллия, из которых получают фторид или хлорид бериллия. Металлический бериллий получают либо восстановлением фторида бериллия магнием, либо электролизом из хлоридного электролита. При первом способе бериллий содержит 0,05-0,1 % Fe, 0,02-0,03 % АlO; 0,01-0,03 % Si; 0,01-0,02 % Mn; 0,03-0,05 % Mg; 0,003-0,005 % Сu; 0,003-0,005 % Ni; при втором после вакуумного переплава 0,007 % Fe; 0,003 % А1; 0,02-0,03 % Si; 0,003 % Ni; 0,002 % Се; 0,002 % Сu; 0,03 % Ca. Для получения бериллия более высокой чистоты его подвергают дистилляции в вакууме, зонной плавке и электролитическому рафинированию. В нашей стране разработан способ получения высокочистого (>99,9 %) и ультрамелкозернистого (<10 мкм) металлического бериллия, обладающего высокой технологичностью. Заготовки получают методами порошковой металлургии - горячим прессованием порошков при 1140-1180 °С, полуфабрикаты и изделия - выдавливанием. Бериллиевый прокат выпускают в виде прутков, труб и листов. Горячепрессованные прутки выпускают диаметром от 20 до 200 мм, длиной до 1800 мм. Временное сопротивление разрыву прутков, отожженных при 800±20 °С в течение двух часов, составляет 550-700 МПа, относительное удлинение і 5 %. Трубы поставляются длиной до 1800 мм, наружным диаметром от 100 до 260 мм с толщиной стенки от 10 до 50 мм. Механические свойства такие же, как и в случае прутков. Пластины выпускаются толщиной от 0,8 до 1,0 мм, шириной 12 мм при длине от 20 до 54 мм. Бериллий и его соединения весьма токсичны. Особенно опасны его летучие соединения, а также образующиеся при обработке пыль, вызывающие кожные заболевания и заболевания органов дыхания (бериллиоз).

Свойства: металлический бериллий характеризуется высокой хрупкостью. Температура плавления 1278°C, температура кипения около 2470°C, плотность 1,816 кг/м3. До температуры 1277°C устойчив a-Ве (гексагональная решетка типа магния (Mg), параметры а = 0,22855 нм, с = 0,35833 нм), при температурах, предшествующих плавлению металла (1277-1288°C) — b-Ве с кубической решеткой. Химические свойства бериллия во многом похожи на свойства магния (Mg) и, особенно, алюминия (Al). Близость свойств бериллия и алюминия объясняется почти одинаковым отношением заряда катиона к его радиусу для ионов Be2+ и Al3+. На воздухе бериллий, как и алюминий, покрыт оксидной пленкой, придающей бериллию матовый цвет. Наличие оксидной пленки предохраняет металл от дальнейшего разрушения и обусловливает его невысокую химическую активность при комнатной температуре.

При нагревании бериллий сгорает на воздухе с образованием оксида BeO, реагирует с серой и азотом. С галогенами бериллий реагирует при обычной температуре или при слабом нагревании, например:Be + Cl2 = ВеСl2 Все эти реакции сопровождаются выделением большого количества теплоты, так как прочность кристаллических решеток возникающих соединений (BeO, BeS, Be3N2, ВеСl2 и др.) довольно велика. Благодаря образованию на поверхности прочной пленки оксида бериллий не реагирует с водой, хотя находится в ряду стандартных потенциалов значительно левее водорода. Как и алюминий, бериллий реагирует с кислотами и растворами щелочей: Be + 2HCl = BeCl2 + H2, Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2. Гидроксид бериллия Be(OH)2 — полимерное соединение, нерастворимое в воде. Оно проявляет амфотерные свойства: Be(OH)2 + 2КOH = К2[Be(OH)4], Be(OH)2 + 2HСl = BeСl2 + 2H2O. В большинстве соединений бериллий проявляет координационное число 4. Например, в структуре твердого BeCl2 имеются цепочки с мостиковыми атомами хлора. За счет образования прочных тетраэдрических анионов многие соединения бериллия вступают в реакции с солями других металлов: BeF2 + 2KF = K2[BeF4]. С водородом (H) бериллий непосредственно не взаимодействует. Гидрид бериллия BeH2 — полимерное вещество, его получают реакцией. BeCl2 + 2LiH = BeH2 + 2LiCl, проводимой в эфирном растворе. Действием на гидроксид бериллия Be(OH)2 растворами карбоновых кислот или при упаривании растворов их бериллиевых солей получают оксисоли бериллия, например, оксиацетат Be4O(CH3COO)6. Эти соединения содержат тетраэдрическую группировку Be4O, по шести ребрам этого тетраэдра располагаются ацетатные группы. Такие соединения играют большую роль в процессах очистки бериллия, так как они не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях и легко возгоняются в вакууме.

Технологическая схема производства бериллиевой проволоки включает стадию получения заготовки и стадию последующего ее волочения. Первая стадия состоит из нескольких этапов: образование гранул из фторида бериллия, расплавление их и литье слитков, переработка слитков в стружку и далее стружки в порошок, прессование (брикетирование), спекание, обработка давлением различными способами. Свойства: Прочность при растяжении бериллиевой проволоки диаметром 127 и 51 мкм составляет соответственно 1336 и 1455 МПа, а предел текучести – 1055 и 1300 МПа. Применение: Бериллиевая проволока используется для армирования КМ в виде непрерывных и дискретных волокон. Ввиду высокой жесткости в сетки ее не перерабатывают.

Дата добавления: 2015-09-30