एक धातु मैट्रिक्स के साथ समग्र। धातु मैट्रिक्स पर आधारित समग्र सामग्री

मिश्रित सामग्री में एक धातु मैट्रिक्स होता है(आमतौर पर A1, Mg, Ni और उनके मिश्र), उच्च शक्ति वाले फाइबर (रेशेदार सामग्री) या बारीक बिखरे हुए दुर्दम्य कणों के साथ कठोर, आधार धातु (फैलाव-मजबूत सामग्री) में अघुलनशील।धातु मैट्रिक्स फाइबर (फैलाने वाले कण) को एक पूरे में बांधता है। फाइबर (बिखरे हुए कण) प्लस एक गुच्छा (मैट्रिक्स) जो इसे बनाते हैं

चावल। एक

1 - दानेदार (फैलाव-मजबूत) सामग्री (एल/डी-मैं): 2 - असतत रेशेदार मिश्रित सामग्री; 3 - लगातार रेशेदार मिश्रित सामग्री; 4 - फाइबर की निरंतर बिछाने; 5 - द्वि-आयामी फाइबर स्टैकिंग; 6,7 - फाइबर की वॉल्यूमेट्रिक बिछाने

या अन्य रचना, नाम प्राप्त किया समग्र सामग्री(चित्र। 196)।

रेशेदार मिश्रित सामग्री।

अंजीर पर। 196 रेशेदार मिश्रित सामग्री के सुदृढीकरण की योजना को दर्शाता है। रेशेदार भराव (रीइन्फोर्सर) के साथ मिश्रित सामग्री को असतत में विभाजित किया जाता है, जिसमें फाइबर की लंबाई से व्यास का अनुपात l / d 10-tL03 होता है, और निरंतर फाइबर के साथ, जिसमें l / d = co होता है। असतत फाइबर मैट्रिक्स में बेतरतीब ढंग से व्यवस्थित होते हैं। तंतुओं का व्यास भिन्नों से लेकर सैकड़ों माइक्रोमीटर तक होता है। फाइबर की लंबाई और व्यास का अनुपात जितना अधिक होगा, मजबूती की डिग्री उतनी ही अधिक होगी।

अक्सर एक मिश्रित सामग्री एक स्तरित संरचना होती है जिसमें प्रत्येक परत प्रबलित होती है एक बड़ी संख्या मेंसमानांतर निरंतर फाइबर। प्रत्येक परत को एक कपड़े में बुने हुए निरंतर तंतुओं के साथ भी प्रबलित किया जा सकता है, जो कि मूल आकार है, जो अंतिम सामग्री की चौड़ाई और लंबाई के अनुरूप है। फाइबर के लिए त्रि-आयामी संरचनाओं में बुने जाने के लिए यह असामान्य नहीं है।

समग्र सामग्री तन्य शक्ति और धीरज सीमा (50-100% तक), लोच मापांक, कठोरता गुणांक के उच्च मूल्यों में पारंपरिक मिश्र धातुओं से भिन्न होती है (एली)और क्रैकिंग की संवेदनशीलता कम हो जाती है। मिश्रित सामग्री का उपयोग धातु की खपत को कम करते हुए संरचना की कठोरता को बढ़ाता है।

तालिका 44

मिश्रित सामग्री के यांत्रिक गुण धातु आधार

मिश्रित (रेशेदार) सामग्री की ताकत फाइबर के गुणों से निर्धारित होती है; मैट्रिक्स को मुख्य रूप से प्रबलिंग तत्वों के बीच तनाव को पुनर्वितरित करना चाहिए। इसलिए, तंतुओं की लोच की ताकत और मापांक मैट्रिक्स की लोच की ताकत और मापांक से काफी अधिक होना चाहिए। कठोर मजबूत करने वाले तंतु लोडिंग के तहत संरचना में उत्पन्न होने वाले तनावों को समझते हैं, इसे फाइबर अभिविन्यास की दिशा में ताकत और कठोरता देते हैं।

एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम और उनके मिश्र धातुओं को मजबूत करने के लिए, बोरॉन का उपयोग किया जाता है (o in \u003d 2500 - * -3500 MPa, ई = 38h-420 GPa) और कार्बन (सेंट इन = 1400-g-3500 MPa, इ 160-450 GPa) फाइबर, साथ ही उच्च शक्ति और लोचदार मापांक के साथ दुर्दम्य यौगिकों (कार्बाइड्स, नाइट्राइड, बोराइड और ऑक्साइड) से फाइबर। तो, 100 माइक्रोन के व्यास वाले सिलिकॉन कार्बाइड फाइबर में सेंट = 2500- * एम 3500 एमपीए है, इ= 450 जीपीए। अक्सर, उच्च शक्ति वाले स्टील के तार का उपयोग फाइबर के रूप में किया जाता है।

टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं को मजबूत करने के लिए मोलिब्डेनम तार, नीलम फाइबर, सिलिकॉन कार्बाइड और टाइटेनियम बोराइड का उपयोग किया जाता है।

टंगस्टन या मोलिब्डेनम तार के साथ उन्हें मजबूत करके निकल मिश्र धातुओं के गर्मी प्रतिरोध में वृद्धि हासिल की जाती है। धातु फाइबर का उपयोग उन मामलों में भी किया जाता है जहां उच्च तापीय और विद्युत चालकता की आवश्यकता होती है। उच्च-शक्ति और उच्च-मापांक रेशेदार मिश्रित सामग्री के लिए होनहार हार्डनर एल्यूमीनियम ऑक्साइड और नाइट्राइड, सिलिकॉन कार्बाइड और नाइट्राइड, बोरॉन कार्बाइड, आदि से बने मूंछ हैं, जिनमें b = 15000-g-28000 MPa है और इ= 400-*-600 जीपीए।

तालिका में। 44 कुछ रेशेदार मिश्रित सामग्री के गुणों को दर्शाता है।

धातु पर आधारित मिश्रित सामग्री में उच्च शक्ति (सेंट इन, ए_ एक्स) और गर्मी प्रतिरोध होता है, साथ ही उनके पास कम प्लास्टिसिटी होती है। हालांकि, मिश्रित सामग्री में फाइबर मैट्रिक्स में शुरू होने वाली दरारों के प्रसार की दर को कम करते हैं और लगभग पूरी तरह से अचानक समाप्त हो जाते हैं

चावल। 197. लोच के मापांक की निर्भरता ई (ए)और अस्थायी प्रतिरोध ओ (बी) बोरॉन-एल्यूमीनियम मिश्रित सामग्री के साथ (/) और भर में (2) बोरॉन फाइबर की मात्रा सामग्री पर सुदृढीकरण अक्ष

नाजुक भंग। अनिसोट्रॉपी एक अक्षीय रेशेदार मिश्रित सामग्री की एक विशिष्ट विशेषता है। यांत्रिक विशेषताएंतंतुओं के साथ और पार और तनाव सांद्रता के प्रति कम संवेदनशीलता।

अंजीर पर। 197 निर्भरता को दर्शाता है और में और इबोरान-एल्यूमीनियम मिश्रित सामग्री बोरॉन फाइबर की सामग्री के साथ (/) और पार ( 2 ) सुदृढीकरण अक्ष। रेशों की मात्रा जितनी अधिक होगी, a b, a_ t और . उतना ही अधिक होगा इसुदृढीकरण अक्ष के साथ। हालांकि, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि मैट्रिक्स तनाव को फाइबर में तभी स्थानांतरित कर सकता है जब मजबूत फाइबर और मैट्रिक्स के बीच इंटरफेस में एक मजबूत बंधन होता है। तंतुओं के बीच संपर्क को रोकने के लिए, मैट्रिक्स को सभी तंतुओं को पूरी तरह से घेर लेना चाहिए, जो तब प्राप्त होता है जब इसकी सामग्री 15-20% से कम नहीं होती है।

निर्माण या संचालन के दौरान मैट्रिक्स और फाइबर को एक दूसरे के साथ बातचीत नहीं करनी चाहिए (कोई पारस्परिक प्रसार नहीं होना चाहिए), क्योंकि इससे मिश्रित सामग्री की ताकत में कमी आ सकती है।

रेशेदार मिश्रित सामग्री के गुणों की अनिसोट्रॉपी को ध्यान में रखा जाता है जब प्रतिरोध क्षेत्र के साथ प्रतिरोध क्षेत्र का मिलान करके गुणों को अनुकूलित करने के लिए भागों को डिजाइन किया जाता है।

बोरान, सिलिकॉन कार्बाइड, टाइटेनियम डाइबोराइड और एल्यूमीनियम ऑक्साइड के निरंतर दुर्दम्य फाइबर के साथ एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम और टाइटेनियम मिश्र धातुओं का सुदृढीकरण गर्मी प्रतिरोध को काफी बढ़ाता है। मिश्रित सामग्री की एक विशेषता समय के साथ नरम होने की कम दर है (चित्र 198, एक)तापमान में वृद्धि के साथ।

चावल। 198. टाइटेनियम मिश्र धातुओं (ए) की ताकत की तुलना में 50% बोरॉन फाइबर युक्त बोरॉन-एल्यूमीनियम मिश्रित सामग्री की दीर्घकालिक ताकत और वर्षा सख्त मिश्र धातुओं की तुलना में निकल मिश्रित सामग्री की दीर्घकालिक ताकत ( बी):

/ - बोरॉन-एल्यूमीनियम मिश्रित; 2 - टाइटेनियम मिश्र धातु; 3 - फैलाव-मजबूत मिश्रित सामग्री; 4 - वर्षा सख्त मिश्र धातु

एक- और दो-आयामी सुदृढीकरण के साथ मिश्रित सामग्री का मुख्य नुकसान इंटरलामिनर कतरनी और अनुप्रस्थ कतरनी के लिए कम प्रतिरोध है। यह कमी थोक सुदृढीकरण में सामग्री से वंचित है।

पॉलिमर, सिरेमिक और अन्य मैट्रिसेस का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

सामान्य विशेषताएं और वर्गीकरण

परंपरागत रूप से प्रयुक्त धातु और गैर-धातु सामग्री काफी हद तक अपनी संरचनात्मक ताकत सीमा तक पहुंच गई है। साथ ही, आधुनिक तकनीक के विकास के लिए ऐसी सामग्रियों के निर्माण की आवश्यकता होती है जो आक्रामक मीडिया, विकिरण, गहरे निर्वात और उच्च दबावों के प्रभाव में बल और तापमान क्षेत्रों के जटिल संयोजन में मज़बूती से काम करें। अक्सर, सामग्री की आवश्यकताएं विरोधाभासी हो सकती हैं। मिश्रित सामग्री का उपयोग करके इस समस्या को हल किया जा सकता है।

समग्र सामग्री(सीएम) या समग्र को पारस्परिक रूप से अघुलनशील घटकों से युक्त थोक विषम प्रणाली कहा जाता है जो गुणों में काफी भिन्न होते हैं, जिनकी संरचना आपको उनमें से प्रत्येक के फायदे का उपयोग करने की अनुमति देती है।

मनुष्य ने प्रकृति से सीएम के निर्माण का सिद्धांत उधार लिया है। विशिष्ट मिश्रित सामग्री पेड़ के तने, पौधे के तने, मानव और जानवरों की हड्डियाँ हैं।

सीएम विषम गुणों के दिए गए संयोजन को संभव बनाते हैं: उच्च विशिष्ट शक्ति और कठोरता, गर्मी प्रतिरोध, पहनने के प्रतिरोध, गर्मी-परिरक्षण गुण, आदि। पारंपरिक सामग्रियों का उपयोग करके सीएम गुणों का स्पेक्ट्रम प्राप्त नहीं किया जा सकता है। उनका उपयोग पहले से दुर्गम, मौलिक रूप से नए डिजाइन बनाना संभव बनाता है।

सीएम के लिए धन्यवाद, इंजन की शक्ति बढ़ाने, मशीनों और संरचनाओं के द्रव्यमान को कम करने और वाहनों और एयरोस्पेस वाहनों की वजन दक्षता बढ़ाने में एक नई गुणात्मक छलांग संभव हो गई है।

इन शर्तों के तहत काम करने वाली सामग्रियों की महत्वपूर्ण विशेषताएं विशिष्ट ताकत /ρ और विशिष्ट कठोरता . हैं इ/ρ, जहां इन - अस्थायी प्रतिरोध, इसामान्य लोच का मापांक है, सामग्री का घनत्व है।

उच्च शक्ति मिश्र, एक नियम के रूप में, कम लचीलापन, तनाव सांद्रता के लिए उच्च संवेदनशीलता, और थकान दरार विकास के लिए अपेक्षाकृत कम प्रतिरोध है। हालांकि मिश्रित सामग्री में कम लचीलापन भी हो सकता है, वे तनाव सांद्रता के प्रति बहुत कम संवेदनशील होते हैं और थकान की विफलता का बेहतर प्रतिरोध करते हैं। यह उच्च शक्ति वाले स्टील्स और मिश्र धातुओं में दरार के गठन के विभिन्न तंत्र के कारण है। उच्च शक्ति वाले स्टील्स में, एक दरार, एक महत्वपूर्ण आकार तक पहुंच जाती है, फिर एक प्रगतिशील दर से विकसित होती है।

मिश्रित सामग्री में, एक अन्य तंत्र संचालित होता है। मैट्रिक्स में चल रही दरार, मैट्रिक्स-फाइबर इंटरफेस में एक बाधा का सामना करती है। फाइबर दरारों के विकास को रोकते हैं, और प्लास्टिक मैट्रिक्स में उनकी उपस्थिति से फ्रैक्चर की कठोरता में वृद्धि होती है।

इस प्रकार, समग्र प्रणाली संरचनात्मक सामग्रियों के लिए आवश्यक दो विपरीत गुणों को जोड़ती है - उच्च शक्ति वाले फाइबर के कारण उच्च शक्ति और प्लास्टिक मैट्रिक्स और फ्रैक्चर ऊर्जा अपव्यय तंत्र के कारण पर्याप्त फ्रैक्चर क्रूरता।

सीएम में अपेक्षाकृत प्लास्टिक मैट्रिक्स सामग्री-आधार और कठिन और मजबूत घटक होते हैं जो फिलर्स होते हैं। सीएम के गुण आधार, फिलर्स और उनके बीच के बंधन की ताकत के गुणों पर निर्भर करते हैं।

मैट्रिक्स संरचना को एक मोनोलिथ में बांधता है, इसे एक आकार देता है और बाहरी भार को फिलर्स से सुदृढीकरण में स्थानांतरित करने का कार्य करता है। आधार सामग्री के आधार पर, सीएम को धातु मैट्रिक्स, या धातु मिश्रित सामग्री (एमसीएम), बहुलक - बहुलक मिश्रित सामग्री (पीसीएम) और सिरेमिक - सिरेमिक मिश्रित सामग्री (सीएमसी) के साथ प्रतिष्ठित किया जाता है।

सीएम को मजबूत बनाने में प्रमुख भूमिका फिलर्स द्वारा निभाई जाती है, जिसे अक्सर कहा जाता है हार्डनर्स. उनके पास उच्च शक्ति, कठोरता और लोच का मापांक है। रीइन्फोर्सिंग फिलर्स के प्रकार के अनुसार, सीएम को विभाजित किया जाता है फैलाव-मजबूत,रेशेदारतथा बहुस्तरीय(चित्र। 28.2)।

चावल। 28.2.मिश्रित सामग्री की संरचना की योजनाएँ: एक) फैलाव-मजबूत; बी) रेशेदार; में) स्तरित

कार्बाइड, ऑक्साइड, नाइट्राइड आदि के महीन, समान रूप से वितरित दुर्दम्य कण, जो मैट्रिक्स के साथ परस्पर क्रिया नहीं करते हैं और चरणों के गलनांक तक इसमें घुलते नहीं हैं, कृत्रिम रूप से फैलाव-कठोर सीएम में पेश किए जाते हैं। भराव के कण जितने छोटे होते हैं और उनके बीच की दूरी उतनी ही कम होती है, सीएम उतना ही मजबूत होता है। रेशेदार के विपरीत, फैलाव-मजबूत सीएम में, मुख्य असर तत्व मैट्रिक्स है। बिखरे हुए भराव कणों का पहनावा लोडिंग के तहत अव्यवस्थाओं के आंदोलन के प्रतिरोध के कारण सामग्री को मजबूत करता है, जो प्लास्टिक विरूपण में बाधा डालता है। विस्थापन गति के लिए प्रभावी प्रतिरोध मैट्रिक्स के पिघलने के तापमान तक बनाया जाता है, जिसके कारण फैलाव-मजबूत सीएम को उच्च गर्मी प्रतिरोध और रेंगना प्रतिरोध की विशेषता होती है।

रेशेदार सीएम में सुदृढीकरण विभिन्न आकृतियों के तंतु हो सकते हैं: धागे, टेप, विभिन्न बुनाई के जाल। रेशेदार सीएम का सुदृढीकरण एक अक्षीय, द्विअक्षीय और त्रिअक्षीय योजना के अनुसार किया जा सकता है (चित्र 28.3, एक).

ऐसी सामग्रियों की ताकत और कठोरता मुख्य भार लेने वाले मजबूत फाइबर के गुणों से निर्धारित होती है। सुदृढीकरण ताकत में अधिक वृद्धि देता है, लेकिन फैलाव सख्त तकनीकी रूप से लागू करना आसान है।

स्तरित मिश्रित सामग्री (चित्र। 28.3, बी) भराव और मैट्रिक्स सामग्री (सैंडविच प्रकार) की वैकल्पिक परतों से बने होते हैं। ऐसे सीएम में फिलर लेयर्स के अलग-अलग झुकाव हो सकते हैं। वैकल्पिक रूप से विभिन्न यांत्रिक गुणों के साथ विभिन्न सामग्रियों से भराव की परतों का उपयोग करना संभव है। स्तरित रचनाओं के लिए, आमतौर पर गैर-धातु सामग्री का उपयोग किया जाता है।

चावल। 28.3.रेशेदार सुदृढीकरण योजनाएं ( एक) और स्तरित ( बी) समग्र सामग्री

फैलाव-कठोर समग्र सामग्री

फैलाव को मजबूत करने के दौरान, कण मैट्रिक्स में स्लाइडिंग प्रक्रियाओं को अवरुद्ध करते हैं। मैट्रिक्स के साथ न्यूनतम बातचीत की स्थिति में सख्त होने की प्रभावशीलता, कणों के प्रकार, उनकी मात्रा एकाग्रता, साथ ही मैट्रिक्स में वितरण की एकरूपता पर निर्भर करती है। कम घनत्व और लोच के उच्च मापांक वाले अल 2 ओ 3, सीओ 2, बीएन, सीआईसी जैसे दुर्दम्य चरणों के बिखरे हुए कणों को लागू करें। सीएम आमतौर पर पाउडर धातु विज्ञान द्वारा निर्मित होता है, जिसका एक महत्वपूर्ण लाभ विभिन्न दिशाओं में गुणों की आइसोट्रॉपी है।

उद्योग में, एल्यूमीनियम पर फैलाव-मजबूत सीएम और, शायद ही कभी, निकल बेस आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं। इस प्रकार की मिश्रित सामग्री के विशिष्ट प्रतिनिधि एसएपी प्रकार (sintered एल्यूमीनियम पाउडर) की सामग्री हैं, जिसमें एल्यूमीनियम ऑक्साइड के बिखरे हुए कणों के साथ प्रबलित एल्यूमीनियम मैट्रिक्स होता है। एल्युमिनियम पाउडर पिघली हुई धातु का छिड़काव करके प्राप्त किया जाता है, इसके बाद बॉल मिलों में ऑक्सीजन की उपस्थिति में लगभग 1 माइक्रोन के आकार में पीस लिया जाता है। पीसने की अवधि में वृद्धि के साथ, पाउडर महीन हो जाता है और इसमें एल्यूमीनियम ऑक्साइड की मात्रा बढ़ जाती है। एसएपी से उत्पादों और अर्ध-तैयार उत्पादों के उत्पादन के लिए आगे की तकनीक में तैयार उत्पादों के रूप में तैयार उत्पादों के रूप में कोल्ड प्रेसिंग, प्री-सिन्टरिंग, हॉट प्रेसिंग, रोलिंग या एक्सट्रूज़न शामिल हैं जिन्हें अतिरिक्त गर्मी उपचार के अधीन किया जा सकता है।

एसएपी प्रकार के मिश्र धातु गर्म अवस्था में संतोषजनक रूप से विकृत होते हैं, और 6-9% अल 2 ओ 3 वाले मिश्र भी कमरे के तापमान पर विकृत होते हैं। उनसे, 0.03 मिमी तक की मोटाई के साथ पन्नी प्राप्त करने के लिए कोल्ड ड्राइंग का उपयोग किया जा सकता है। इन सामग्रियों को अच्छी तरह से मशीनीकृत किया जाता है और इनमें उच्च संक्षारण प्रतिरोध होता है।

रूस में उपयोग किए जाने वाले SAP ग्रेड में 6–23% Al 2 O 3 होता है। SAP-1 को 6-9, SAP-2 - 9-13, SAP-3 - 13-18% Al 2 O 3 की सामग्री के साथ प्रतिष्ठित किया गया है। एल्यूमीनियम ऑक्साइड की मात्रा में वृद्धि के साथ, मिश्रित सामग्री की ताकत बढ़ जाती है। कमरे के तापमान पर, SAP-1 की शक्ति विशेषताएँ इस प्रकार हैं: in = 280 MPa, 0.2 = 220 MPa; एसएपी -3 इस प्रकार हैं: इन \u003d 420 एमपीए, 0.2 \u003d 340 एमपीए।

एसएपी प्रकार की सामग्री में उच्च गर्मी प्रतिरोध होता है और सभी एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को बेहतर प्रदर्शन करता है। 500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भी, उनका 60-110 एमपीए से कम नहीं होता है। गर्मी प्रतिरोध को पुनर्क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया पर बिखरे हुए कणों के मंदक प्रभाव द्वारा समझाया गया है। एसएपी-प्रकार मिश्र धातुओं की ताकत विशेषताएँ बहुत स्थिर हैं। 2 साल के लिए एसएपी -3 प्रकार के मिश्र धातुओं के दीर्घकालिक शक्ति परीक्षणों का व्यावहारिक रूप से कमरे के तापमान पर और 500 डिग्री सेल्सियस तक गर्म होने पर गुणों के स्तर पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा। 400 डिग्री सेल्सियस पर, एसएपी ताकत उम्र बढ़ने की तुलना में 5 गुना अधिक है एल्यूमीनियम मिश्र धातु.

SAP प्रकार की मिश्र धातुओं का प्रयोग किया जाता है विमानन प्रौद्योगिकीउच्च विशिष्ट शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध वाले भागों के निर्माण के लिए, 300-500 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर काम करना। पिस्टन रॉड, कंप्रेसर ब्लेड, ईंधन तत्वों के गोले और हीट एक्सचेंजर ट्यूब इनसे बनाए जाते हैं।

सिलिकॉन कार्बाइड SiC के बिखरे हुए कणों का उपयोग करके पाउडर धातु विज्ञान द्वारा CM प्राप्त किया जाता है। रासायनिक यौगिक SiC में कई सकारात्मक गुण हैं: उच्च गलनांक (2650 ° C से अधिक), उच्च शक्ति (लगभग 2000 MPa) और लोचदार मापांक (> 450 GPa), कम घनत्व (3200 किग्रा / मी 3) और अच्छा संक्षारण प्रतिरोध। उद्योग द्वारा अपघर्षक सिलिकॉन पाउडर के उत्पादन में महारत हासिल की गई है।

एल्यूमीनियम मिश्र धातु और SiC के पाउडर मिश्रित होते हैं, कम दबाव के तहत प्रारंभिक संघनन के अधीन होते हैं, फिर मैट्रिक्स मिश्र धातु के पिघलने वाले तापमान पर, यानी ठोस-तरल अवस्था में स्टील के कंटेनरों में गर्म दबाव डाला जाता है। परिणामी वर्कपीस को आवश्यक आकार और आकार के अर्ध-तैयार उत्पादों को प्राप्त करने के लिए माध्यमिक विरूपण के अधीन किया जाता है: चादरें, छड़, प्रोफाइल, आदि।

मिश्रित सामग्री में एक धातु मैट्रिक्स (अक्सर अल, एमजी, नी और उनके मिश्र धातु) होते हैं जो उच्च शक्ति वाले फाइबर (रेशेदार सामग्री) या बारीक बिखरे हुए दुर्दम्य कणों के साथ प्रबलित होते हैं जो आधार धातु (फैलाव-मजबूत सामग्री) में भंग नहीं होते हैं। धातु मैट्रिक्स फाइबर (फैलाने वाले कण) को एक पूरे में बांधता है। फाइबर (फैलाने वाले कण) प्लस एक बाइंडर (मैट्रिक्स) जो एक विशेष संरचना बनाते हैं, मिश्रित सामग्री कहलाते हैं।

गैर-धातु मैट्रिक्स के साथ मिश्रित सामग्री

गैर-धातु मैट्रिक्स के साथ मिश्रित सामग्री को व्यापक अनुप्रयोग मिला है। गैर-धातु मैट्रिक्स, बहुलक, कार्बन और . के रूप में चीनी मिट्टी सामग्री. पॉलीमर मेट्रिसेस में, सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले एपॉक्सी, फिनोल-फॉर्मेल्डिहाइड और पॉलियामाइड हैं।

पायरोलिसिस के अधीन सिंथेटिक पॉलिमर से प्राप्त कार्बन मैट्रिसेस कोक्ड या पाइरोकार्बन। मैट्रिक्स रचना को बांधता है, इसे रूप देता है। स्ट्रेंथनर फाइबर होते हैं: ग्लास, कार्बन, बोरॉन, ऑर्गेनिक, व्हिस्कर्स (ऑक्साइड, कार्बाइड, बोराइड्स, नाइट्राइड और अन्य) पर आधारित, साथ ही धातु (तार), जिनमें उच्च शक्ति और कठोरता होती है।

मिश्रित सामग्री के गुण घटकों की संरचना, उनके संयोजन, मात्रात्मक अनुपात और उनके बीच बंधन शक्ति पर निर्भर करते हैं।

प्रबलित सामग्री फाइबर, टो, धागे, टेप, बहुपरत कपड़े के रूप में हो सकती है।

उन्मुख सामग्री में हार्डनर की सामग्री 60-80 वोल्ट% है, गैर-उन्मुख (असतत फाइबर और व्हिस्कर के साथ) में - 20-30 वॉल्यूम।%। फाइबर की लोच की ताकत और मापांक जितना अधिक होगा, मिश्रित सामग्री की ताकत और कठोरता उतनी ही अधिक होगी। मैट्रिक्स के गुण कतरनी और संपीड़न और थकान विफलता के प्रतिरोध में संरचना की ताकत निर्धारित करते हैं।

हार्डनर के प्रकार के अनुसार, मिश्रित सामग्री को ग्लास फाइबर, कार्बन फाइबर के साथ कार्बन फाइबर, बोरॉन फाइबर और अंग फाइबर में वर्गीकृत किया जाता है।

टुकड़े टुकड़े में सामग्री, फाइबर, धागे, एक बांधने की मशीन के साथ लगाए गए टेप बिछाने वाले विमान में एक दूसरे के समानांतर रखे जाते हैं। फ्लैट परतों को प्लेटों में इकट्ठा किया जाता है। गुण अनिसोट्रोपिक हैं। उत्पाद में सामग्री के संचालन के लिए, अभिनय भार की दिशा को ध्यान में रखना महत्वपूर्ण है। आप आइसोट्रोपिक और अनिसोट्रोपिक दोनों गुणों वाली सामग्री बना सकते हैं। आप मिश्रित सामग्री के गुणों को बदलते हुए, विभिन्न कोणों पर फाइबर बिछा सकते हैं। सामग्री का झुकना और मरोड़ना कठोरता पैकेज की मोटाई के साथ परतों को बिछाने के क्रम पर निर्भर करता है।

तीन, चार या अधिक धागों के प्रबलिंग तत्वों के बिछाने का उपयोग किया जाता है।

तीन परस्पर लंबवत धागों की संरचना का सबसे बड़ा अनुप्रयोग है। हार्डनर अक्षीय, रेडियल और परिधीय दिशाओं में स्थित हो सकते हैं।

त्रि-आयामी सामग्री ब्लॉक, सिलेंडर के रूप में किसी भी मोटाई की हो सकती है। भारी कपड़े स्तरित कपड़ों की तुलना में छीलने की ताकत और कतरनी प्रतिरोध को बढ़ाते हैं। घन के विकर्णों के साथ प्रबलिंग एजेंट का विस्तार करके चार किस्में की एक प्रणाली बनाई गई है। चार धागे की संरचना संतुलित है, मुख्य विमानों में कतरनी कठोरता में वृद्धि हुई है।

हालांकि, तीन दिशात्मक सामग्री बनाने की तुलना में चार दिशात्मक सामग्री बनाना अधिक कठिन है।

इस प्रकार की मिश्रित सामग्री में एसएपी (sintered एल्यूमीनियम पाउडर) जैसी सामग्री शामिल होती है, जो एल्यूमीनियम ऑक्साइड के बिखरे हुए कणों के साथ एल्यूमीनियम प्रबलित होती है। एल्युमिनियम पाउडर पिघली हुई धातु का छिड़काव करके प्राप्त किया जाता है, इसके बाद बॉल मिलों में ऑक्सीजन की उपस्थिति में लगभग 1 माइक्रोन के आकार में पीस लिया जाता है। पीसने की अवधि में वृद्धि के साथ, पाउडर महीन हो जाता है और इसमें एल्यूमीनियम ऑक्साइड की मात्रा बढ़ जाती है। एसएपी से उत्पादों और अर्ध-तैयार उत्पादों के उत्पादन के लिए आगे की तकनीक में तैयार उत्पादों के रूप में तैयार उत्पादों के रूप में कोल्ड प्रेसिंग, प्री-सिन्टरिंग, हॉट प्रेसिंग, रोलिंग या एक्सट्रूज़न शामिल हैं जिन्हें अतिरिक्त गर्मी उपचार के अधीन किया जा सकता है।

एसएपी-प्रकार के मिश्र धातुओं का उपयोग विमानन प्रौद्योगिकी में उच्च विशिष्ट शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध वाले भागों के निर्माण के लिए किया जाता है, जो 300-500 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर काम करते हैं। पिस्टन रॉड, कंप्रेसर ब्लेड, ईंधन तत्वों के गोले और हीट एक्सचेंजर ट्यूब इनसे बनाए जाते हैं।

स्टील के तार के साथ एल्यूमीनियम और उसके मिश्र धातुओं का सुदृढीकरण उनकी ताकत बढ़ाता है, लोच के मापांक को बढ़ाता है, थकान प्रतिरोध और सामग्री की तापमान सीमा का विस्तार करता है।

छोटे तंतुओं के साथ सुदृढीकरण पाउडर धातु विज्ञान विधियों द्वारा किया जाता है, जिसमें दबाने के बाद हाइड्रोएक्सट्रूज़न या रिक्त स्थान को रोल करना शामिल है। जब बारी-बारी से परतों से युक्त सैंडविच-प्रकार की रचनाओं के निरंतर तंतुओं के साथ प्रबलित किया जाता है एल्यूमीनियम पन्नीऔर फाइबर, रोलिंग, गर्म दबाने, विस्फोट वेल्डिंग, प्रसार वेल्डिंग का उपयोग किया जाता है।

एक बहुत ही आशाजनक सामग्री एल्यूमीनियम-बेरिलियम तार संरचना है, जो बेरिलियम सुदृढीकरण के उच्च भौतिक और यांत्रिक गुणों का एहसास करती है और सबसे पहले, इसकी कम घनत्व और उच्च विशिष्ट कठोरता। बेरिलियम तार के साथ रचनाएँ बेरिलियम तार और मैट्रिक्स शीट की वैकल्पिक परतों से पैकेजों के प्रसार वेल्डिंग द्वारा प्राप्त की जाती हैं। स्टील और बेरिलियम तारों से प्रबलित एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं का उपयोग रॉकेट बॉडी पार्ट्स और ईंधन टैंक बनाने के लिए किया जाता है।

"एल्यूमीनियम - कार्बन फाइबर" संरचना में, कम घनत्व सुदृढीकरण और मैट्रिक्स का संयोजन उच्च विशिष्ट शक्ति और कठोरता के साथ मिश्रित सामग्री बनाना संभव बनाता है। कार्बन फाइबर का नुकसान उनकी नाजुकता और उच्च प्रतिक्रियाशीलता है। एल्यूमीनियम-कार्बन संरचना कार्बन फाइबर को तरल धातु या पाउडर धातु विज्ञान विधियों द्वारा संसेचन द्वारा प्राप्त की जाती है। तकनीकी रूप से, एल्यूमीनियम के पिघलने के माध्यम से कार्बन फाइबर के बंडलों को खींचना सबसे आसान है।

आधुनिक लड़ाकू विमानों के ईंधन टैंक के डिजाइन में एल्यूमीनियम-कार्बन मिश्रित का उपयोग किया जाता है। सामग्री की उच्च विशिष्ट शक्ति और कठोरता के कारण, ईंधन टैंक का द्रव्यमान 30% कम हो जाता है। इस सामग्री का उपयोग एयरक्राफ्ट गैस टर्बाइन इंजन के लिए टरबाइन ब्लेड के निर्माण के लिए भी किया जाता है।

गैर-धातु मैट्रिक्स के साथ मिश्रित सामग्री

गैर-धातु मैट्रिक्स वाली मिश्रित सामग्री का व्यापक रूप से उद्योग में उपयोग किया जाता है। पॉलिमर, कार्बन और सिरेमिक सामग्री का उपयोग गैर-धातु मैट्रिक्स के रूप में किया जाता है। बहुलक मैट्रिक्स में से, सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले एपॉक्सी, फिनोल-फॉर्मेल्डिहाइड और पॉलियामाइड हैं। कार्बन मैट्रिक्स को पायरोलिसिस (अपघटन, विघटन) के अधीन सिंथेटिक पॉलिमर से पकाया या प्राप्त किया जाता है। मैट्रिक्स रचना को बांधता है, इसे रूप देता है। स्ट्रेंथनर फाइबर हैं: ग्लास, कार्बन, बोरॉन, ऑर्गेनिक, व्हिस्कर्स (ऑक्साइड, कार्बाइड, बोराइड्स, नाइट्राइड, आदि) पर आधारित, साथ ही धातु (तार), जिनमें उच्च शक्ति और कठोरता होती है।

उन्मुख सामग्री में हार्डनर की सामग्री 60-80 वॉल्यूम है। %, गैर-उन्मुख में (असतत फाइबर और मूंछ के साथ) - 20 - 30 वॉल्यूम। %. फाइबर की लोच की ताकत और मापांक जितना अधिक होगा, मिश्रित सामग्री की ताकत और कठोरता उतनी ही अधिक होगी। मैट्रिक्स के गुण कतरनी और संपीड़न और थकान विफलता के प्रतिरोध में संरचना की ताकत निर्धारित करते हैं।

टुकड़े टुकड़े में सामग्री, फाइबर, धागे, एक बांधने की मशीन के साथ लगाए गए टेप बिछाने वाले विमान में एक दूसरे के समानांतर रखे जाते हैं। तलीय परतों को प्लेटों में इकठ्ठा किया जाता है। गुण अनिसोट्रोपिक हैं। उत्पाद में सामग्री के संचालन के लिए, अभिनय भार की दिशा को ध्यान में रखना महत्वपूर्ण है। आप आइसोट्रोपिक और अनिसोट्रोपिक दोनों गुणों वाली सामग्री बना सकते हैं। आप मिश्रित सामग्री के गुणों को बदलते हुए, विभिन्न कोणों पर फाइबर बिछा सकते हैं। सामग्री का झुकना और मरोड़ना कठोरता पैकेज की मोटाई के साथ परतों को बिछाने के क्रम पर निर्भर करता है।

तीन, चार या अधिक धागों के प्रबलिंग तत्वों के स्टैकिंग का उपयोग किया जाता है (चित्र 7)। तीन परस्पर लंबवत धागों की संरचना का सबसे बड़ा अनुप्रयोग है। हार्डनर अक्षीय, रेडियल और परिधीय दिशाओं में स्थित हो सकते हैं।

त्रि-आयामी सामग्री ब्लॉक, सिलेंडर के रूप में किसी भी मोटाई की हो सकती है। भारी कपड़े स्तरित कपड़ों की तुलना में छीलने की ताकत और कतरनी प्रतिरोध को बढ़ाते हैं। घन के विकर्णों के साथ सुदृढीकरण रखकर चार किस्में की एक प्रणाली बनाई गई है। चार धागे की संरचना संतुलित है, मुख्य विमानों में कतरनी कठोरता में वृद्धि हुई है। हालांकि, तीन दिशात्मक सामग्री बनाने की तुलना में चार दिशात्मक सामग्री बनाना अधिक कठिन है।

चावल। 7. मिश्रित सामग्री के सुदृढीकरण की योजना: 1 - आयताकार, 2 - हेक्सागोनल, 3 - तिरछा, 4 - घुमावदार तंतुओं के साथ, 5 - n धागे की एक प्रणाली

शुष्क घर्षण की सबसे गंभीर परिस्थितियों में उपयोग के मामले में सबसे प्रभावी पॉलीटेट्राफ्लोराइथिलीन (पीटीएफई) पर आधारित घर्षण-विरोधी सामग्री है।

PTFE को एक उच्च स्थैतिक घर्षण गुणांक की विशेषता है, हालांकि, फिसलने वाले घर्षण के दौरान, PTFE की सतह पर अत्यधिक उन्मुख बहुलक की एक बहुत पतली परत बनती है, जो स्थिर और गतिशील घर्षण गुणांक और फिसलने पर चिकनी गति को बराबर करने में मदद करती है। जब स्लाइडिंग की दिशा बदल जाती है, तो एक उन्मुख सतह फिल्म की उपस्थिति घर्षण के गुणांक में अस्थायी वृद्धि का कारण बनती है, जिसका मूल्य फिर से घट जाता है क्योंकि सतह की परत फिर से बदल जाती है। घर्षण के तहत PTFE के इस व्यवहार ने उद्योग में इसका व्यापक उपयोग किया है, जहां अधूरा PTFE मुख्य रूप से बीयरिंग के उत्पादन के लिए उपयोग किया जाता है। कई मामलों में, गैर-चिकनाई बीयरिंगों को उच्च घर्षण गति पर काम करना चाहिए। इसी समय, अधूरा PTFE घर्षण गुणांक और पहनने की दर के उच्च मूल्यों की विशेषता है। ऐसी परिस्थितियों में काम करने वाले गैर-चिकनाई बीयरिंगों के लिए सामग्री के रूप में, मिश्रित सामग्री, जो अक्सर पीटीएफई पर आधारित होती है, ने व्यापक आवेदन पाया है।

शुष्क घर्षण के दौरान पीटीएफई की अपेक्षाकृत उच्च पहनने की दर को कम करने का सबसे आसान तरीका पाउडर फिलर्स की शुरूआत है। इस मामले में, संपीड़न के तहत रेंगना प्रतिरोध बढ़ जाता है और शुष्क घर्षण के तहत पहनने के प्रतिरोध में उल्लेखनीय वृद्धि देखी जाती है। भराव की इष्टतम मात्रा की शुरूआत से पहनने के प्रतिरोध को 10 4 गुना तक बढ़ाना संभव हो जाता है।

उन पर आधारित पॉलिमर और मिश्रित सामग्री में भौतिक और यांत्रिक गुणों का एक अनूठा सेट होता है, जिसके कारण वे पारंपरिक संरचनात्मक स्टील्स और मिश्र धातुओं के साथ सफलतापूर्वक प्रतिस्पर्धा करते हैं, और कुछ मामलों में विशेष उत्पादों और मशीनों की आवश्यक कार्यात्मक विशेषताओं और प्रदर्शन को प्रदान करना असंभव है। बहुलक सामग्री के उपयोग के बिना। उत्पादों में प्लास्टिक के प्रसंस्करण के लिए प्रौद्योगिकियों की उच्च विनिर्माण क्षमता और कम ऊर्जा खपत, पीसीएम के उपर्युक्त लाभों के साथ, उन्हें विभिन्न उद्देश्यों के लिए मशीन भागों के लिए बहुत ही आशाजनक सामग्री बनाती है।

छोटे तंतुओं के साथ सुदृढीकरण पाउडर धातु विज्ञान विधियों द्वारा किया जाता है, जिसमें दबाने के बाद हाइड्रोएक्सट्रूज़न या रिक्त स्थान को रोल करना शामिल है। एल्यूमीनियम पन्नी और फाइबर की वैकल्पिक परतों से युक्त सैंडविच-प्रकार की रचनाओं के निरंतर फाइबर के साथ मजबूत करते समय, रोलिंग, गर्म दबाने, विस्फोट वेल्डिंग और प्रसार वेल्डिंग का उपयोग किया जाता है।

एक बहुत ही आशाजनक सामग्री रचना "एल्यूमीनियम - बेरिलियम तार" है, जो बेरिलियम सुदृढीकरण के उच्च भौतिक और यांत्रिक गुणों को लागू करती है, और सबसे पहले, इसकी कम घनत्व और उच्च विशिष्ट कठोरता। बेरिलियम तार के साथ रचनाएँ बेरिलियम तार और मैट्रिक्स शीट की वैकल्पिक परतों से पैकेजों के प्रसार वेल्डिंग द्वारा प्राप्त की जाती हैं। स्टील और बेरिलियम तारों से प्रबलित एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं का उपयोग रॉकेट बॉडी पार्ट्स और ईंधन टैंक बनाने के लिए किया जाता है।

रचना "एल्यूमीनियम - कार्बन फाइबर" में कम घनत्व सुदृढीकरण और मैट्रिक्स का संयोजन आपको उच्च विशिष्ट शक्ति और कठोरता के साथ मिश्रित सामग्री बनाने की अनुमति देता है। कार्बन फाइबर का नुकसान उनकी नाजुकता और उच्च प्रतिक्रियाशीलता है। रचना "एल्यूमीनियम - कार्बन" कार्बन फाइबर को तरल धातु या पाउडर धातु विज्ञान विधियों के साथ संसेचन द्वारा प्राप्त की जाती है। तकनीकी रूप से, एल्यूमीनियम के पिघलने के माध्यम से कार्बन फाइबर के बंडलों को खींचना सबसे आसान है।

आधुनिक लड़ाकू विमानों के ईंधन टैंक के डिजाइन में समग्र "एल्यूमीनियम - कार्बन" का उपयोग किया जाता है। सामग्री की उच्च विशिष्ट शक्ति और कठोरता के कारण, ईंधन टैंक का द्रव्यमान कम हो जाता है
तीस %। इस सामग्री का उपयोग एयरक्राफ्ट गैस टर्बाइन इंजन के लिए टरबाइन ब्लेड के निर्माण के लिए भी किया जाता है।

एक धातु मैट्रिक्स के साथ समग्र। धातु मैट्रिक्स पर आधारित समग्र सामग्री

रेशेदार मिश्रित सामग्री।

गैर-धातु मैट्रिक्स के साथ मिश्रित सामग्री

गैर-धातु मैट्रिक्स के साथ मिश्रित सामग्री

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