კომპოზიტი ლითონის მატრიცით. კომპოზიტური მასალები ლითონის მატრიცის საფუძველზე

კომპოზიტური მასალები შედგება ლითონის მატრიცისგან(ჩვეულებრივ A1, Mg, Ni და მათი შენადნობები), გამაგრებული მაღალი სიმტკიცის ბოჭკოებით (ბოჭკოვანი მასალები) ან წვრილად გაფანტული ცეცხლგამძლე ნაწილაკებით, უხსნადი ძირითად ლითონში (დისპერსიით გამაგრებული მასალები).ლითონის მატრიცა აკავშირებს ბოჭკოებს (დისპერსიულ ნაწილაკებს) ერთ მთლიანობაში. ბოჭკოვანი (დისპერსიული ნაწილაკები) პლუს მტევანი (მატრიცა), რომელიც ქმნის მას

ბრინჯი. ერთი

1 - მარცვლოვანი (დისპერსიით გამაგრებული) მასალა (ლ/რ-ᲛᲔ): 2 - დისკრეტული ბოჭკოვანი კომპოზიციური მასალა; 3 - განუწყვეტლივ ბოჭკოვანი კომპოზიციური მასალა; 4 - ბოჭკოების უწყვეტი განლაგება; 5 - ორგანზომილებიანი ბოჭკოვანი დაწყობა; 6,7 - ბოჭკოების მოცულობითი განლაგება

ან სხვა კომპოზიცია, მიიღო სახელი კომპოზიციური მასალები(სურ. 196).

ბოჭკოვანი კომპოზიციური მასალები.

ნახ. 196 გვიჩვენებს ბოჭკოვანი კომპოზიციური მასალების გამაგრების სქემას. კომპოზიტური მასალები ბოჭკოვანი შემავსებლით (გამაძლიერებელი) იყოფა დისკრეტებად, რომლებშიც ბოჭკოს სიგრძის თანაფარდობა დიამეტრთან არის l/d ≈ 10-tL03 და უწყვეტი ბოჭკოებით, რომელშიც l/d = co. დისკრეტული ბოჭკოები შემთხვევით განლაგებულია მატრიცაში. ბოჭკოების დიამეტრი ფრაქციებიდან ასობით მიკრომეტრამდეა. რაც უფრო დიდია ბოჭკოს სიგრძისა და დიამეტრის შეფარდება, მით უფრო მაღალია გამაგრების ხარისხი.

ხშირად კომპოზიციური მასალა არის ფენიანი სტრუქტურა, რომელშიც თითოეული ფენა გამაგრებულია დიდი რიცხვიპარალელური უწყვეტი ბოჭკოები. თითოეული ფენა ასევე შეიძლება გაძლიერდეს ქსოვილში ნაქსოვი უწყვეტი ბოჭკოებით, რომელიც არის ორიგინალური ფორმა, რომელიც შეესაბამება საბოლოო მასალას სიგანით და სიგრძით. არ არის იშვიათი ბოჭკოების სამგანზომილებიანი სტრუქტურების ნაქსოვი.

კომპოზიციური მასალები განსხვავდება ჩვეულებრივი შენადნობებისაგან დაჭიმვის სიძლიერის და გამძლეობის ლიმიტის უფრო მაღალი მნიშვნელობებით (50-100%), ელასტიურობის მოდულით, სიხისტის კოეფიციენტით. (ელი)და შემცირდა მგრძნობელობა ბზარების მიმართ. კომპოზიციური მასალების გამოყენება ზრდის სტრუქტურის სიმტკიცეს და ამცირებს ლითონის მოხმარებას.

ცხრილი 44

კომპოზიციური მასალების მექანიკური თვისებები ლითონის ბაზა

კომპოზიტური (ბოჭკოვანი) მასალების სიმტკიცე განისაზღვრება ბოჭკოების თვისებებით; მატრიცამ ძირითადად უნდა გადაანაწილოს ძაბვები გამაძლიერებელ ელემენტებს შორის. ამიტომ, ბოჭკოების ელასტიურობის სიძლიერე და მოდული მნიშვნელოვნად უნდა იყოს მატრიცის სიძლიერე და ელასტიურობის მოდული. ხისტი გამაძლიერებელი ბოჭკოები აღიქვამენ კომპოზიციაში წარმოქმნილ სტრესებს დატვირთვის ქვეშ, ანიჭებენ მას სიმტკიცეს და სიმტკიცეს ბოჭკოების ორიენტაციის მიმართულებით.

ალუმინის, მაგნიუმის და მათი შენადნობების გასაძლიერებლად გამოიყენება ბორი (o-ში \u003d 2500 - * -3500 მპა, E = 38h-420 GPa) და ნახშირბადი (st in = 1400-g-3500 MPa, ე 160-450 გპა) ბოჭკოები, ასევე ბოჭკოები ცეცხლგამძლე ნაერთებისგან (კარბიდები, ნიტრიდები, ბორიდები და ოქსიდები) მაღალი სიმტკიცით და ელასტიურობის მოდულით. ასე რომ, სილიციუმის კარბიდის ბოჭკოებს 100 μm დიამეტრით აქვთ st in = 2500-*m3500 MPa, ე= 450 გპა. ხშირად, მაღალი სიმტკიცის ფოლადის მავთული გამოიყენება როგორც ბოჭკო.

ტიტანისა და მისი შენადნობების გასამაგრებლად გამოიყენება მოლიბდენის მავთული, საფირონის ბოჭკოები, სილიციუმის კარბიდი და ტიტანის ბორიდი.

ნიკელის შენადნობების სითბოს წინააღმდეგობის გაზრდა მიიღწევა ვოლფრამის ან მოლიბდენის მავთულის გამაგრებით. ლითონის ბოჭკოები ასევე გამოიყენება იმ შემთხვევებში, როდესაც საჭიროა მაღალი თერმული და ელექტროგამტარობა. მაღალი სიმტკიცის და მაღალი მოდულის ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალების პერსპექტიული გამაგრებლებია ალუმინის ოქსიდისა და ნიტრიდის, სილიციუმის კარბიდისა და ნიტრიდის, ბორის კარბიდი და ა. ე= 400-*-600 გპა.

მაგიდაზე. 44 გვიჩვენებს ზოგიერთი ბოჭკოვანი კომპოზიციური მასალის თვისებებს.

მეტალზე დაფუძნებულ კომპოზიტურ მასალებს აქვთ მაღალი სიმტკიცე (st in, a_ x) და სითბოს წინააღმდეგობა, ამავე დროს აქვთ დაბალი პლასტიურობა. ამასთან, კომპოზიტურ მასალებში შემავალი ბოჭკოები ამცირებენ მატრიცაში დაწყებული ბზარების გავრცელების სიჩქარეს და თითქმის მთლიანად აღმოფხვრის უეცარს.

ბრინჯი. 197. დრეკადობის მოდულის დამოკიდებულება E (a)და დროებითი წინააღმდეგობა o (ბ) ბორი-ალუმინის კომპოზიტურ მასალაში (/) და გასწვრივ (2) გამაგრების ღერძი ბორის ბოჭკოს მოცულობის შემცველობაზე

მყიფე მოტეხილობა. ანიზოტროპია არის ცალღეროვანი ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალების გამორჩეული თვისება. მექანიკური საკუთრებაბოჭკოების გასწვრივ და გასწვრივ და დაბალი მგრძნობელობა სტრესის კონცენტრატორების მიმართ.

ნახ. 197 გვიჩვენებს დამოკიდებულებას და და ებორი-ალუმინის კომპოზიტური მასალა ბორის ბოჭკოს შემცველობიდან (/) და გასწვრივ ( 2 ) გამაგრების ღერძი. რაც უფრო მაღალია ბოჭკოების მოცულობითი შემცველობა, მით უფრო მაღალია a b, a_ t და ეგამაგრების ღერძის გასწვრივ. თუმცა, გასათვალისწინებელია, რომ მატრიცას შეუძლია ბოჭკოებზე ძაბვის გადატანა მხოლოდ მაშინ, როდესაც გამაგრებითი ბოჭკოსა და მატრიცას შორის არის ძლიერი კავშირი. ბოჭკოებს შორის კონტაქტის თავიდან ასაცილებლად, მატრიცა მთლიანად უნდა შემოიფაროს ყველა ბოჭკოს, რაც მიიღწევა მაშინ, როდესაც მისი შემცველობა არ არის არანაკლებ 15-20%.

მატრიცა და ბოჭკო არ უნდა იმოქმედონ ერთმანეთთან (არ უნდა არსებობდეს ორმხრივი დიფუზია) წარმოების ან ექსპლუატაციის დროს, რადგან ამან შეიძლება გამოიწვიოს კომპოზიტური მასალის სიძლიერის შემცირება.

ბოჭკოვანი კომპოზიტური მასალების თვისებების ანიზოტროპია მხედველობაში მიიღება ნაწილების დიზაინის თვისებების ოპტიმიზაციისთვის წინააღმდეგობის ველის დაძაბულობის ველებთან შესაბამისობის გზით.

ალუმინის, მაგნიუმის და ტიტანის შენადნობების გამაგრება ბორის, სილიციუმის კარბიდის, ტიტანის დიბორიდის და ალუმინის ოქსიდის უწყვეტი ცეცხლგამძლე ბოჭკოებით მნიშვნელოვნად ზრდის სითბოს წინააღმდეგობას. კომპოზიტური მასალების მახასიათებელია დროთა განმავლობაში დარბილების დაბალი მაჩვენებელი (ნახ. 198, ა)ტემპერატურის მატებასთან ერთად.

ბრინჯი. 198. ბორი-ალუმინის კომპოზიტური მასალის გრძელვადიანი სიმტკიცე, რომელიც შეიცავს 50% ბორის ბოჭკოს, ტიტანის შენადნობების (a) სიძლიერესთან და ნიკელის კომპოზიტური მასალის გრძელვადიანი სიძლიერესთან შედარებით, ნალექების გამკვრივების შენადნობების სიძლიერესთან შედარებით ( ბ):

/ - ბორი-ალუმინის კომპოზიტი; 2 - ტიტანის შენადნობი; 3 - დისპერსიით გამაგრებული კომპოზიციური მასალა; 4 - ნალექების გამკვრივების შენადნობები

ერთი და ორგანზომილებიანი გამაგრებით კომპოზიტური მასალების მთავარი მინუსი არის დაბალი წინააღმდეგობა ლამინარული თხრილისა და განივი ათვლის მიმართ. ეს ნაკლოვანება მოკლებულია მასალებს ნაყარი გამაგრებით.

• ფართოდ გამოიყენება პოლიმერული, კერამიკული და სხვა მატრიცები.

ზოგადი მახასიათებლები და კლასიფიკაცია

ტრადიციულად გამოყენებულ მეტალის და არამეტალის მასალებს დიდწილად მიაღწიეს სტრუქტურული სიმტკიცის ზღვარს. ამავდროულად, თანამედროვე ტექნოლოგიების განვითარება მოითხოვს მასალების შექმნას, რომლებიც საიმედოდ მუშაობენ ძალისა და ტემპერატურის ველების კომპლექსურ კომბინაციაში, აგრესიული მედიის, რადიაციის, ღრმა ვაკუუმის და მაღალი წნევის გავლენის ქვეშ. ხშირად, მასალების მოთხოვნები შეიძლება იყოს წინააღმდეგობრივი. ამ პრობლემის მოგვარება შესაძლებელია კომპოზიციური მასალების გამოყენებით.

კომპოზიტური მასალა(CM) ან კომპოზიტს ეწოდება ნაყარი ჰეტეროგენული სისტემა, რომელიც შედგება ურთიერთუხსნადი კომპონენტებისგან, რომლებიც მნიშვნელოვნად განსხვავდებიან თვისებებით, რომელთა სტრუქტურა საშუალებას გაძლევთ გამოიყენოთ თითოეული მათგანის უპირატესობები.

ადამიანმა CM-ის აგების პრინციპი ბუნებიდან ისესხა. ტიპიური კომპოზიციური მასალებია ხის ტოტები, მცენარეების ღეროები, ადამიანისა და ცხოველის ძვლები.

CM-ები შესაძლებელს ხდის ჰქონდეთ ჰეტეროგენული თვისებების მოცემული კომბინაცია: მაღალი სპეციფიკური სიმტკიცე და სიმტკიცე, სითბოს წინააღმდეგობა, აცვიათ წინააღმდეგობა, სითბოს დამცავი თვისებები და ა.შ. CM თვისებების სპექტრის მიღება შეუძლებელია ჩვეულებრივი მასალების გამოყენებით. მათი გამოყენება შესაძლებელს ხდის მანამდე მიუწვდომელი, ფუნდამენტურად ახალი დიზაინის შექმნას.

CM-ის წყალობით, შესაძლებელი გახდა ახალი ხარისხობრივი ნახტომი ძრავის სიმძლავრის გაზრდაში, მანქანებისა და კონსტრუქციების მასის შემცირებაში, მანქანებისა და კოსმოსური მანქანების წონის ეფექტურობის გაზრდაში.

ამ პირობებში მომუშავე მასალების მნიშვნელოვანი მახასიათებლებია სპეციფიკური სიმტკიცე σ/ρ და სპეციფიკური სიხისტე ე/ρ, სადაც σ - დროებითი წინააღმდეგობა, ეარის ნორმალური ელასტიურობის მოდული, ρ არის მასალის სიმკვრივე.

მაღალი სიმტკიცის შენადნობებს, როგორც წესი, აქვთ დაბალი დრეკადობა, მაღალი მგრძნობელობა დაძაბულობის კონცენტრატორების მიმართ და შედარებით დაბალი წინააღმდეგობა დაღლილობის ბზარების განვითარების მიმართ. მიუხედავად იმისა, რომ კომპოზიტურ მასალებს შეიძლება ჰქონდეთ დაბალი ელასტიურობა, ისინი გაცილებით ნაკლებად მგრძნობიარეა სტრესის კონცენტრატორების მიმართ და უკეთესად უძლებენ დაღლილობის უკმარისობას. ეს გამოწვეულია ბზარების წარმოქმნის განსხვავებული მექანიზმით მაღალი სიმტკიცის ფოლადებსა და შენადნობებში. მაღალი სიმტკიცის ფოლადებში ბზარი, რომელმაც მიაღწია კრიტიკულ ზომას, შემდეგ ვითარდება პროგრესული ტემპით.

კომპოზიციურ მასალებში სხვა მექანიზმი მუშაობს. ბზარი, რომელიც მოძრაობს მატრიცაში, ხვდება დაბრკოლებას მატრიცა-ბოჭკოვანი ინტერფეისით. ბოჭკოები აფერხებენ ბზარების განვითარებას და მათი ყოფნა პლასტმასის მატრიცაში იწვევს მოტეხილობის სიმტკიცეს.

ამრიგად, კომპოზიტური სისტემა აერთიანებს სტრუქტურული მასალებისთვის საჭირო ორ საპირისპირო თვისებას - მაღალი სიმტკიცე მაღალი სიმტკიცის ბოჭკოების გამო და საკმარისი მოტეხილობის სიმტკიცე პლასტიკური მატრიცის და მოტეხილობის ენერგიის გაფანტვის მექანიზმის გამო.

CM-ები შედგება შედარებით პლასტიკური მატრიცის მასალის ბაზისგან და უფრო მყარი და ძლიერი კომპონენტებისგან, რომლებიც შემავსებლები არიან. CM-ის თვისებები დამოკიდებულია ბაზის, შემავსებლის თვისებებზე და მათ შორის კავშირის სიძლიერეზე.

მატრიცა აკავშირებს კომპოზიციას მონოლითად, აძლევს მას ფორმას და ემსახურება გარე დატვირთვების გადატანას შემავსებლისგან გამაგრებაზე. საბაზისო მასალის მიხედვით, CM-ები გამოირჩევიან ლითონის მატრიცით, ან ლითონის კომპოზიციური მასალებით (MCM), პოლიმერული - პოლიმერული კომპოზიციური მასალებით (PCM) და კერამიკო-კერამიკული კომპოზიციური მასალებით (CMC).

CM-ების გაძლიერებაში წამყვან როლს ასრულებს შემავსებლები, რომლებსაც ხშირად უწოდებენ გამკვრივებლები. მათ აქვთ მაღალი სიმტკიცე, სიმტკიცე და ელასტიურობის მოდული. გამაძლიერებელი შემავსებლის ტიპის მიხედვით, CM იყოფა დისპერსიით გაძლიერებული,ბოჭკოვანიდა ფენიანი(სურ. 28.2).

ბრინჯი. 28.2.კომპოზიციური მასალების სტრუქტურის სქემები: ა) დისპერსიით გამაგრებული; ბ) ბოჭკოვანი; in) ფენიანი

კარბიდების, ოქსიდების, ნიტრიდების და ა.შ. წვრილი, თანაბრად განაწილებული ცეცხლგამძლე ნაწილაკები, რომლებიც არ ურთიერთქმედებენ მატრიქსთან და არ იშლება მასში ფაზების დნობის წერტილამდე, ხელოვნურად შეჰყავთ დისპერსიით გამაგრებულ CM-ებში. რაც უფრო პატარაა შემავსებლის ნაწილაკები და რაც უფრო მცირეა მათ შორის მანძილი, მით უფრო ძლიერია CM. ბოჭკოვანისგან განსხვავებით, დისპერსიით გაძლიერებულ CM-ებში, მთავარი მატარებელი ელემენტია მატრიცა. დისპერსიული შემავსებლის ნაწილაკების ანსამბლი აძლიერებს მასალას დატვირთვის ქვეშ დისლოკაციების მოძრაობის წინააღმდეგობის გამო, რაც აფერხებს პლასტმასის დეფორმაციას. დისლოკაციის მოძრაობის მიმართ ეფექტური წინააღმდეგობა იქმნება მატრიცის დნობის ტემპერატურამდე, რის გამოც დისპერსიით გაძლიერებული CM ხასიათდება მაღალი სითბოს წინააღმდეგობით და ცოცვის წინააღმდეგობით.

ბოჭკოვანი CM-ში გამაგრება შეიძლება იყოს სხვადასხვა ფორმის ბოჭკოები: ძაფები, ლენტები, სხვადასხვა ქსოვილის ბადეები. ბოჭკოვანი CM-ის გამაგრება შეიძლება განხორციელდეს ცალღერძიანი, ბიაქსიალური და ტრიაქსიალური სქემის მიხედვით (ნახ. 28.3, ა).

ასეთი მასალების სიმტკიცე და სიმტკიცე განისაზღვრება გამაძლიერებელი ბოჭკოების თვისებებით, რომლებიც იღებენ ძირითად დატვირთვას. გამაგრება იძლევა სიძლიერის უფრო დიდ ზრდას, მაგრამ დისპერსიული გამკვრივება ტექნოლოგიურად უფრო ადვილია განხორციელება.

ფენიანი კომპოზიციური მასალები (ნახ. 28.3, ბ) შედგება შემავსებლისა და მატრიცული მასალის მონაცვლეობითი ფენებისგან (სენდვიჩის ტიპი). შემავსებლის ფენებს ასეთ CM-ებში შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული ორიენტაცია. შესაძლებელია შემავსებლის ფენების მონაცვლეობით გამოყენება სხვადასხვა მასალისგან განსხვავებული მექანიკური თვისებებით. ფენიანი კომპოზიციებისთვის ჩვეულებრივ გამოიყენება არამეტალური მასალები.

ბრინჯი. 28.3.ბოჭკოვანი გამაგრების სქემები ( ა) და ფენიანი ( ბ) კომპოზიტური მასალები

დისპერსიით გამაგრებული კომპოზიციური მასალები

დისპერსიული გაძლიერების დროს ნაწილაკები ბლოკავს მატრიცაში მოცურების პროცესებს. გამკვრივების ეფექტურობა, მატრიცასთან მინიმალური ურთიერთქმედების პირობებში, დამოკიდებულია ნაწილაკების ტიპზე, მათ მოცულობით კონცენტრაციაზე, აგრეთვე მატრიცაში განაწილების ერთგვაროვნებაზე. გამოიყენეთ ცეცხლგამძლე ფაზების დისპერსიული ნაწილაკები, როგორიცაა Al 2 O 3 , SiO 2 , BN, SiC, დაბალი სიმკვრივისა და ელასტიურობის მაღალი მოდულით. CM ჩვეულებრივ იწარმოება ფხვნილის მეტალურგიით, რომლის მნიშვნელოვანი უპირატესობაა თვისებების იზოტროპია სხვადასხვა მიმართულებით.

ინდუსტრიაში ჩვეულებრივ გამოიყენება დისპერსიით გაძლიერებული CM-ები ალუმინის და, უფრო იშვიათად, ნიკელის ბაზებზე. ამ ტიპის კომპოზიტური მასალების დამახასიათებელი წარმომადგენლები არიან SAP ტიპის მასალები (ალუმინირებული ალუმინის ფხვნილი), რომლებიც შედგება ალუმინის მატრიცისგან, რომელიც გამაგრებულია ალუმინის ოქსიდის დისპერსიული ნაწილაკებით. ალუმინის ფხვნილი მიიღება მდნარი ლითონის შესხურებით, რასაც მოჰყვება ბურთის წისქვილში დაფქვა დაახლოებით 1 მიკრონი ჟანგბადის თანდასწრებით. დაფქვის ხანგრძლივობის მატებასთან ერთად ფხვნილი უფრო თხელი ხდება და მასში ალუმინის ოქსიდის შემცველობა იზრდება. SAP-დან პროდუქციისა და ნახევარფაბრიკატების წარმოების შემდგომი ტექნოლოგია მოიცავს ცივ წნეხს, წინასწარ შედუღებას, ცხელ წნეხს, გორვას ან გამოწურვას აგლომერირებული ალუმინის ბილეტის სახით მზა პროდუქციაში, რომელიც შეიძლება დაექვემდებაროს დამატებით სითბოს დამუშავებას.

SAP ტიპის შენადნობები დამაკმაყოფილებლად დეფორმირებულია ცხელ მდგომარეობაში, ხოლო შენადნობები 6–9% Al 2 O 3-ით ასევე დეფორმირებულია ოთახის ტემპერატურაზე. მათგან ცივი ნახაზის გამოყენება შესაძლებელია 0,03 მმ-მდე სისქის ფოლგის მისაღებად. ეს მასალები კარგად არის დამუშავებული და აქვს მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობა.

რუსეთში გამოყენებული SAP კლასები შეიცავს 6–23% Al 2 O 3 . SAP-1 გამოირჩევა 6-9 შემცველობით, SAP-2 - 9-13, SAP-3 - 13-18% Al 2 O 3-ით. ალუმინის ოქსიდის მოცულობითი კონცენტრაციის მატებასთან ერთად იზრდება კომპოზიციური მასალების სიძლიერე. ოთახის ტემპერატურაზე SAP-1-ის სიძლიერის მახასიათებლები შემდეგია: σ in = 280 MPa, σ 0.2 = 220 MPa; SAP-3 არის შემდეგი: σ \u003d 420 MPa, σ 0.2 \u003d 340 MPa.

SAP ტიპის მასალებს აქვთ მაღალი სითბოს წინააღმდეგობა და აღემატება ყველა დამუშავებულ ალუმინის შენადნობებს. 500 °C ტემპერატურაზეც კი მათი σ არის არანაკლებ 60–110 მპა. სითბოს წინააღმდეგობა აიხსნება რეკრისტალიზაციის პროცესზე დისპერსიული ნაწილაკების შემაფერხებელი ეფექტით. SAP-ის ტიპის შენადნობების სიძლიერის მახასიათებლები ძალიან სტაბილურია. SAP-3 ტიპის შენადნობების გრძელვადიანი სიძლიერის ტესტები 2 წლის განმავლობაში პრაქტიკულად არ იმოქმედებდა თვისებების დონეზე როგორც ოთახის ტემპერატურაზე, ასევე 500 °C-მდე გაცხელებისას. 400 °C ტემპერატურაზე SAP-ის სიძლიერე 5-ჯერ აღემატება დაბერებისას ალუმინის შენადნობები.

SAP ტიპის შენადნობები გამოიყენება საავიაციო ტექნოლოგიამაღალი სპეციფიკური სიმტკიცის და კოროზიის წინააღმდეგობის მქონე ნაწილების დასამზადებლად, რომლებიც მუშაობენ 300–500 °C ტემპერატურამდე. მათგან მზადდება დგუშის წნელები, კომპრესორის პირები, საწვავის ელემენტების ჭურვები და სითბოს გადამცვლელი მილები.

CM მიიღება ფხვნილის მეტალურგიით სილიციუმის კარბიდის SiC დისპერსიული ნაწილაკების გამოყენებით. ქიმიურ ნაერთს SiC-ს აქვს მრავალი დადებითი თვისება: მაღალი დნობის წერტილი (2650 ° C-ზე მეტი), მაღალი სიძლიერე (დაახლოებით 2000 მპა) და ელასტიურობის მოდული (> 450 GPa), დაბალი სიმკვრივე (3200 კგ / მ 3) და კარგი კოროზია. წინააღმდეგობა. აბრაზიული სილიციუმის ფხვნილების წარმოებას ინდუსტრია დაეუფლა.

ალუმინის შენადნობისა და SiC-ის ფხვნილები შერეულია, ექვემდებარება წინასწარ დატკეპნას დაბალი წნევის ქვეშ, შემდეგ ცხელი წნევით ფოლადის კონტეინერებში ვაკუუმში, მატრიცის შენადნობის დნობის ტემპერატურაზე, ანუ მყარ-თხევად მდგომარეობაში. შედეგად მიღებული სამუშაო ნაწილი ექვემდებარება მეორად დეფორმაციას, რათა მივიღოთ საჭირო ფორმისა და ზომის ნახევარფაბრიკატები: ფურცლები, წნელები, პროფილები და ა.შ.

კომპოზიტური მასალები შედგება ლითონის მატრიცისგან (უფრო ხშირად Al, Mg, Ni და მათი შენადნობები) გამაგრებული მაღალი სიმტკიცის ბოჭკოებით (ბოჭკოვანი მასალები) ან წვრილად გაფანტული ცეცხლგამძლე ნაწილაკებით, რომლებიც არ იხსნება ძირითად ლითონში (დისპერსიით გამაგრებული მასალები). ლითონის მატრიცა აკავშირებს ბოჭკოებს (დისპერსიულ ნაწილაკებს) ერთ მთლიანობაში. ბოჭკოვანი (დისპერსიული ნაწილაკები) პლუს შემკვრელი (მატრიცა), რომელიც ქმნის კონკრეტულ კომპოზიციას, ეწოდება კომპოზიტური მასალები.

კომპოზიტური მასალები არალითონური მატრიცით

არამეტალური მატრიცის მქონე კომპოზიტურმა მასალებმა ფართო გამოყენება ჰპოვა. როგორც არალითონური მატრიცები, პოლიმერი, ნახშირბადი და კერამიკული მასალები. პოლიმერული მატრიცებიდან ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ეპოქსიდი, ფენოლ-ფორმალდეჰიდი და პოლიამიდი.

ნახშირბადის მატრიცები კოქსირებული ან პიროლიზური სინთეზური პოლიმერებისგან მიღებული პიროკარბონი. მატრიცა აკავშირებს კომპოზიციას, აძლევს მას ფორმას. გამაძლიერებლებია ბოჭკოები: მინა, ნახშირბადი, ბორი, ორგანული, დაფუძნებული ულვაშებზე (ოქსიდები, კარბიდები, ბორიდები, ნიტრიდები და სხვა), ასევე ლითონის (მავთულები), რომლებსაც აქვთ მაღალი სიმტკიცე და სიმტკიცე.

კომპოზიტური მასალების თვისებები დამოკიდებულია კომპონენტების შემადგენლობაზე, მათ კომბინაციაზე, რაოდენობრივ თანაფარდობაზე და მათ შორის კავშირის სიძლიერეზე.

გამაძლიერებელი მასალები შეიძლება იყოს ბოჭკოების, ბუქსირების, ძაფების, ლენტების, მრავალშრიანი ქსოვილების სახით.

გამაგრების შემცველობა ორიენტირებულ მასალებში არის 60-80 მოც.%, არაორიენტირებულში (დისკრეტული ბოჭკოებითა და ულვაშებით) - 20-30 მოც. რაც უფრო მაღალია ბოჭკოების სიმტკიცე და ელასტიურობის მოდული, მით უფრო მაღალია კომპოზიციური მასალის სიმტკიცე და სიმტკიცე. მატრიცის თვისებები განსაზღვრავს კომპოზიციის სიძლიერეს ათვლის და შეკუმშვისას და დაღლილობის უკმარისობის წინააღმდეგობის გაწევას.

გამაგრების ტიპის მიხედვით, კომპოზიტური მასალები იყოფა მინის ბოჭკოებად, ნახშირბადის ბოჭკოებად ნახშირბადის ბოჭკოებით, ბორის ბოჭკოებად და ორგანოთა ბოჭკოებად.

ლამინირებულ მასალებში, ბოჭკოები, ძაფები, შემკვრელით გაჟღენთილი ლენტები ერთმანეთის პარალელურად იდება დაგების სიბრტყეში. ბრტყელი ფენები იკრიბება ფირფიტებად. თვისებები ანისოტროპულია. პროდუქტში მასალის მუშაობისთვის მნიშვნელოვანია მოქმედი დატვირთვების მიმართულების გათვალისწინება. თქვენ შეგიძლიათ შექმნათ მასალები როგორც იზოტროპული, ასევე ანიზოტროპული თვისებებით. თქვენ შეგიძლიათ ბოჭკოების დაყენება სხვადასხვა კუთხით, განსხვავებული კომპოზიციური მასალების თვისებებით. მასალის მოხრა და ბრუნვის სიმტკიცე დამოკიდებულია შეფუთვის სისქის გასწვრივ ფენების დაგების თანმიმდევრობაზე.

გამოიყენება სამი, ოთხი ან მეტი ძაფის გამაძლიერებელი ელემენტების განლაგება.

სამი ერთმანეთის პერპენდიკულარული ძაფის სტრუქტურას ყველაზე დიდი გამოყენება აქვს. გამაგრებლები შეიძლება განთავსდეს ღერძული, რადიალური და წრეწირის მიმართულებით.

სამგანზომილებიანი მასალები შეიძლება იყოს ნებისმიერი სისქის ბლოკების, ცილინდრების სახით. მოცულობითი ქსოვილები ზრდის ქერქის სიმტკიცეს და ჭრის წინააღმდეგობას ფენოვან ქსოვილებთან შედარებით. ოთხი ჯაჭვის სისტემა აგებულია კუბის დიაგონალების გასწვრივ გამაძლიერებელი აგენტის გაფართოებით. ოთხი ძაფის სტრუქტურა დაბალანსებულია, აქვს გაზრდილი ათვლის სიმტკიცე მთავარ სიბრტყეებში.

თუმცა, ოთხი მიმართულების მასალის შექმნა უფრო რთულია, ვიდრე სამი მიმართულების შექმნა.

ამ ტიპის კომპოზიციური მასალები მოიცავს ისეთ მასალებს, როგორიცაა SAP (ალუმინირებული ალუმინის ფხვნილი), რომლებიც ალუმინის გამაგრებულია ალუმინის ოქსიდის დისპერსიული ნაწილაკებით. ალუმინის ფხვნილი მიიღება მდნარი ლითონის შესხურებით, რასაც მოჰყვება ბურთის წისქვილში დაფქვა დაახლოებით 1 მიკრონი ჟანგბადის თანდასწრებით. დაფქვის ხანგრძლივობის მატებასთან ერთად ფხვნილი უფრო თხელი ხდება და მასში ალუმინის ოქსიდის შემცველობა იზრდება. SAP-დან პროდუქციისა და ნახევარფაბრიკატების წარმოების შემდგომი ტექნოლოგია მოიცავს ცივ წნეხს, წინასწარ შედუღებას, ცხელ წნეხს, გორვას ან გამოწურვას აგლომერირებული ალუმინის ბილეტის სახით მზა პროდუქციაში, რომელიც შეიძლება დაექვემდებაროს დამატებით სითბოს დამუშავებას.

SAP-ის ტიპის შენადნობები გამოიყენება საავიაციო ტექნოლოგიაში მაღალი სპეციფიკური სიმტკიცის და კოროზიის წინააღმდეგობის მქონე ნაწილების დასამზადებლად, რომლებიც მუშაობენ 300-500 °C ტემპერატურამდე. მათგან მზადდება დგუშის წნელები, კომპრესორის პირები, საწვავის ელემენტების ჭურვები და სითბოს გადამცვლელი მილები.

ალუმინის და მისი შენადნობების გამაგრება ფოლადის მავთულით ზრდის მათ სიმტკიცეს, ზრდის ელასტიურობის მოდულს, დაღლილობის წინააღმდეგობას და აფართოებს მასალის ტემპერატურულ დიაპაზონს.

მოკლე ბოჭკოებით გამაგრება ხორციელდება ფხვნილის მეტალურგიის მეთოდებით, რომელიც შედგება დაჭერით, რასაც მოჰყვება ჰიდროექსტრუზია ან ბლანკების გორვა. როდესაც გამაგრებულია სენდვიჩის ტიპის კომპოზიციების უწყვეტი ბოჭკოებით, რომლებიც შედგება ალტერნატიული ფენებისგან ალუმინის ფოლგადა გამოიყენება ბოჭკოები, მოძრავი, ცხელი წნეხი, აფეთქების შედუღება, დიფუზიური შედუღება.

ძალიან პერსპექტიული მასალაა ალუმინის-ბერილიუმის მავთულის შემადგენლობა, რომელიც აცნობიერებს ბერილიუმის გამაგრების მაღალ ფიზიკურ და მექანიკურ თვისებებს და, პირველ რიგში, მის დაბალ სიმკვრივესა და მაღალ სპეციფიკურ სიმტკიცეს. ბერილიუმის მავთულის კომპოზიციები მიიღება პაკეტების დიფუზიური შედუღებით ბერილიუმის მავთულის და მატრიქსის ფურცლების მონაცვლეობითი ფენებისგან. ფოლადისა და ბერილიუმის მავთულებით გამაგრებული ალუმინის შენადნობები გამოიყენება რაკეტის სხეულის ნაწილების და საწვავის ავზების დასამზადებლად.

"ალუმინი - ნახშირბადის ბოჭკოვანი" კომპოზიციაში დაბალი სიმკვრივის არმატურის და მატრიცის კომბინაცია შესაძლებელს ხდის მაღალი სპეციფიკური სიმტკიცის და სიმტკიცის კომპოზიტური მასალების შექმნას. ნახშირბადის ბოჭკოების მინუსი არის მათი სისუსტე და მაღალი რეაქტიულობა. ალუმინის ნახშირბადის შემადგენლობა მიიღება ნახშირბადის ბოჭკოების თხევადი ლითონის გაჟღენთით ან ფხვნილის მეტალურგიის მეთოდებით. ტექნოლოგიურად, ყველაზე მარტივია ნახშირბადის ბოჭკოების შეკვრა ალუმინის დნობის მეშვეობით.

ალუმინის-ნახშირბადის კომპოზიტი გამოიყენება თანამედროვე მებრძოლების საწვავის ავზების დიზაინში. მასალის მაღალი სპეციფიკური სიმტკიცისა და სიხისტის გამო, საწვავის ავზების მასა მცირდება 30%-ით. ეს მასალა ასევე გამოიყენება თვითმფრინავის გაზის ტურბინის ძრავებისთვის ტურბინის პირების დასამზადებლად.

კომპოზიტური მასალები არალითონური მატრიცით

კომპოზიციური მასალები არალითონური მატრიცით ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში. პოლიმერული, ნახშირბადის და კერამიკული მასალები გამოიყენება არამეტალის მატრიცებად. პოლიმერული მატრიცებიდან ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ეპოქსია, ფენოლ-ფორმალდეჰიდი და პოლიამიდი. ნახშირბადის მატრიცები კოქსირდება ან მიიღება პიროლიზის (დაშლა, დაშლა) სინთეზური პოლიმერებისგან. მატრიცა აკავშირებს კომპოზიციას, აძლევს მას ფორმას. გამაძლიერებლებია ბოჭკოები: მინა, ნახშირბადი, ბორი, ორგანული, დაფუძნებული ულვაშებზე (ოქსიდები, კარბიდები, ბორიდები, ნიტრიდები და ა.შ.), ასევე ლითონის (მავთულები), რომლებსაც აქვთ მაღალი სიმტკიცე და სიმტკიცე.

კომპოზიტური მასალების თვისებები დამოკიდებულია კომპონენტების შემადგენლობაზე, მათ კომბინაციაზე, რაოდენობრივ თანაფარდობაზე და მათ შორის კავშირის სიძლიერეზე.

გამაგრების შემცველობა ორიენტირებულ მასალებში არის 60–80 ტომი. %, არაორიენტირებულში (დისკრეტული ბოჭკოებით და ულვაშებით) - 20 - 30 ტ. % რაც უფრო მაღალია ბოჭკოების სიმტკიცე და ელასტიურობის მოდული, მით უფრო მაღალია კომპოზიციური მასალის სიმტკიცე და სიმტკიცე. მატრიცის თვისებები განსაზღვრავს კომპოზიციის სიძლიერეს ათვლის და შეკუმშვისას და დაღლილობის უკმარისობის წინააღმდეგობის გაწევას.

გამაგრების ტიპის მიხედვით, კომპოზიტური მასალები იყოფა მინის ბოჭკოებად, ნახშირბადის ბოჭკოებად ნახშირბადის ბოჭკოებით, ბორის ბოჭკოებად და ორგანოთა ბოჭკოებად.

ლამინირებულ მასალებში, ბოჭკოები, ძაფები, შემკვრელით გაჟღენთილი ლენტები ერთმანეთის პარალელურად იდება დაგების სიბრტყეში. პლანშეტური ფენები იკრიბება ფირფიტებად. თვისებები ანისოტროპულია. პროდუქტში მასალის მუშაობისთვის მნიშვნელოვანია მოქმედი დატვირთვების მიმართულების გათვალისწინება. თქვენ შეგიძლიათ შექმნათ მასალები როგორც იზოტროპული, ასევე ანიზოტროპული თვისებებით. თქვენ შეგიძლიათ ბოჭკოების დაყენება სხვადასხვა კუთხით, განსხვავებული კომპოზიციური მასალების თვისებებით. მასალის მოხრა და ბრუნვის სიმტკიცე დამოკიდებულია შეფუთვის სისქის გასწვრივ ფენების დაგების თანმიმდევრობაზე.

გამოიყენება სამი, ოთხი ან მეტი ძაფის გამაგრებითი ელემენტების დაწყობა (სურ. 7). სამი ერთმანეთის პერპენდიკულარული ძაფის სტრუქტურას ყველაზე დიდი გამოყენება აქვს. გამაგრებლები შეიძლება განთავსდეს ღერძული, რადიალური და წრეწირის მიმართულებით.

სამგანზომილებიანი მასალები შეიძლება იყოს ნებისმიერი სისქის ბლოკების, ცილინდრების სახით. მოცულობითი ქსოვილები ზრდის ქერქის სიმტკიცეს და ჭრის წინააღმდეგობას ფენოვან ქსოვილებთან შედარებით. ოთხი ჯაჭვის სისტემა აგებულია კუბის დიაგონალების გასწვრივ გამაგრების განლაგებით. ოთხი ძაფის სტრუქტურა დაბალანსებულია, აქვს გაზრდილი ათვლის სიმტკიცე მთავარ სიბრტყეებში. თუმცა, ოთხი მიმართულების მასალის შექმნა უფრო რთულია, ვიდრე სამი მიმართულების შექმნა.

ბრინჯი. 7. კომპოზიტური მასალების გამაგრების სქემა: 1 - მართკუთხა, 2 - ექვსკუთხა, 3 - ირიბი, 4 - მოხრილი ბოჭკოებით, 5 - n ძაფების სისტემა.

მშრალი ხახუნის ყველაზე მძიმე პირობებში გამოყენების თვალსაზრისით ყველაზე ეფექტურია პოლიტეტრაფტორეთილენზე (PTFE) დაფუძნებული ხახუნის საწინააღმდეგო მასალები.

PTFE ხასიათდება საკმაოდ მაღალი სტატიკური ხახუნის კოეფიციენტით, თუმცა მოცურების ხახუნის დროს PTFE-ის ზედაპირზე წარმოიქმნება მაღალ ორიენტირებული პოლიმერის ძალიან თხელი ფენა, რაც ხელს უწყობს სტატიკური და დინამიური ხახუნის კოეფიციენტების გათანაბრებას და გლუვ მოძრაობას სრიალისას. როდესაც სრიალის მიმართულება იცვლება, ორიენტირებული ზედაპირის ფირის არსებობა იწვევს ხახუნის კოეფიციენტის დროებით ზრდას, რომლის მნიშვნელობა კვლავ მცირდება ზედაპირის ფენის გადაადგილებისას. PTFE-ის ამ ქცევამ ხახუნის პირობებში გამოიწვია მისი ფართო გამოყენება ინდუსტრიაში, სადაც შეუვსებელი PTFE ძირითადად გამოიყენება საკისრების წარმოებისთვის. ხშირ შემთხვევაში, არასაპოხი საკისრები უნდა მუშაობდნენ უფრო მაღალი ხახუნის სიჩქარით. ამავდროულად, შეუვსებელი PTFE ხასიათდება ხახუნის კოეფიციენტისა და ცვეთის სიჩქარის მაღალი მნიშვნელობებით. როგორც ასეთ პირობებში მომუშავე არასაპოხი საკისრების მასალები, კომპოზიციურმა მასალებმა, ყველაზე ხშირად PTFE-ზე დაფუძნებული, ფართო გამოყენება ჰპოვა.

მშრალი ხახუნის დროს PTFE-ის შედარებით მაღალი ცვეთის შემცირების უმარტივესი გზაა ფხვნილის შემავსებლის დანერგვა. ამ შემთხვევაში, იზრდება შეკუმშვის ქვეშ მცოცავი წინააღმდეგობა და შეინიშნება აცვიათ წინააღმდეგობის მნიშვნელოვანი ზრდა მშრალი ხახუნის დროს. შემავსებლის ოპტიმალური რაოდენობის დანერგვა შესაძლებელს ხდის აცვიათ წინააღმდეგობის გაზრდას 10 4-ჯერ.

მათზე დაფუძნებულ პოლიმერებსა და კომპოზიტურ მასალებს აქვთ ფიზიკური და მექანიკური თვისებების უნიკალური ნაკრები, რის გამოც ისინი წარმატებით უწევენ კონკურენციას ტრადიციულ სტრუქტურულ ფოლადებსა და შენადნობებს და ზოგიერთ შემთხვევაში შეუძლებელია სპეციალური პროდუქტებისა და მანქანების საჭირო ფუნქციური მახასიათებლების და შესრულების უზრუნველყოფა. პოლიმერული მასალების გამოყენების გარეშე. პლასტმასის პროდუქტებად გადამუშავების ტექნოლოგიების მაღალი დამზადება და ენერგიის დაბალი მოხმარება, PCM-ის ზემოაღნიშნულ უპირატესობებთან ერთად, მათ ძალიან პერსპექტიულ მასალებს აქცევს მანქანების ნაწილებისთვის სხვადასხვა მიზნებისთვის.

ამ ტიპის კომპოზიციური მასალები მოიცავს ისეთ მასალებს, როგორიცაა SAP (ალუმინირებული ალუმინის ფხვნილი), რომლებიც ალუმინის გამაგრებულია ალუმინის ოქსიდის დისპერსიული ნაწილაკებით. ალუმინის ფხვნილი მიიღება მდნარი ლითონის შესხურებით, რასაც მოჰყვება ბურთის წისქვილში დაფქვა დაახლოებით 1 მიკრონი ჟანგბადის თანდასწრებით. დაფქვის ხანგრძლივობის მატებასთან ერთად ფხვნილი უფრო თხელი ხდება და მასში ალუმინის ოქსიდის შემცველობა იზრდება. SAP-დან პროდუქციისა და ნახევარფაბრიკატების წარმოების შემდგომი ტექნოლოგია მოიცავს ცივ წნეხს, წინასწარ შედუღებას, ცხელ წნეხს, გორვას ან გამოწურვას აგლომერირებული ალუმინის ბილეტის სახით მზა პროდუქციაში, რომელიც შეიძლება დაექვემდებაროს დამატებით სითბოს დამუშავებას.

SAP-ის ტიპის შენადნობები გამოიყენება საავიაციო ტექნოლოგიაში მაღალი სპეციფიკური სიმტკიცის და კოროზიის წინააღმდეგობის მქონე ნაწილების დასამზადებლად, რომლებიც მუშაობენ 300-500 °C ტემპერატურამდე. მათგან მზადდება დგუშის წნელები, კომპრესორის პირები, საწვავის ელემენტების ჭურვები და სითბოს გადამცვლელი მილები.

ალუმინის და მისი შენადნობების გამაგრება ფოლადის მავთულით ზრდის მათ სიმტკიცეს, ზრდის ელასტიურობის მოდულს, დაღლილობის წინააღმდეგობას და აფართოებს მასალის ტემპერატურულ დიაპაზონს.

მოკლე ბოჭკოებით გამაგრება ხორციელდება ფხვნილის მეტალურგიის მეთოდებით, რომელიც შედგება დაჭერით, რასაც მოჰყვება ჰიდროექსტრუზია ან ბლანკების გორვა. სენდვიჩის ტიპის კომპოზიციების უწყვეტი ბოჭკოებით გამაგრებისას, რომლებიც შედგება ალუმინის ფოლგისა და ბოჭკოების ალტერნატიული ფენებისგან, გამოიყენება მოძრავი, ცხელი წნეხი, აფეთქებით შედუღება და დიფუზიური შედუღება.

ძალიან პერსპექტიული მასალაა კომპოზიცია "ალუმინ-ბერილიუმის მავთული", რომელიც ახორციელებს ბერილიუმის გამაგრების მაღალ ფიზიკურ და მექანიკურ თვისებებს და პირველ რიგში მის დაბალ სიმკვრივესა და მაღალ სპეციფიკურ სიმტკიცეს. ბერილიუმის მავთულის კომპოზიციები მიიღება პაკეტების დიფუზიური შედუღებით ბერილიუმის მავთულის და მატრიქსის ფურცლების მონაცვლეობითი ფენებისგან. ფოლადისა და ბერილიუმის მავთულებით გამაგრებული ალუმინის შენადნობები გამოიყენება რაკეტის სხეულის ნაწილების და საწვავის ავზების დასამზადებლად.

კომპოზიციაში "ალუმინი - ნახშირბადის ბოჭკოები" დაბალი სიმკვრივის არმატურის და მატრიცის კომბინაცია საშუალებას გაძლევთ შექმნათ კომპოზიტური მასალები მაღალი სპეციფიკური სიმტკიცით და სიმტკიცით. ნახშირბადის ბოჭკოების მინუსი არის მათი სისუსტე და მაღალი რეაქტიულობა. კომპოზიცია "ალუმინი - ნახშირბადი" მიიღება ნახშირბადის ბოჭკოების თხევადი ლითონის გაჟღენთით ან ფხვნილის მეტალურგიის მეთოდებით. ტექნოლოგიურად, ყველაზე მარტივია ნახშირბადის ბოჭკოების შეკვრა ალუმინის დნობის მეშვეობით.

კომპოზიტური "ალუმინი - ნახშირბადი" გამოიყენება თანამედროვე მებრძოლების საწვავის ავზების დიზაინში. მასალის მაღალი სპეციფიკური სიმტკიცისა და სიხისტის გამო, საწვავის ავზების მასა მცირდება
ოცდაათი%. ეს მასალა ასევე გამოიყენება თვითმფრინავის გაზის ტურბინის ძრავებისთვის ტურბინის პირების დასამზადებლად.