книга (Буланов И.М., Воробей В.В., 1998 - Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов), страница 6

Благодаря своим физикп-механическим свойствам волокна этпга типа пбычна применяют в металлакпмпазитах для эксплуатации при длительипм воздействии высоких температур. Получение волокон из ЯС ва многом сходню с процессам получения барнпгп волокна (см. рис. 1.7). Вместо ВС13 в реактор аналогичного устройства подают смесь алкилсиланав с водородом. В настаяшее время ЯС-волакна предпочтительнее изготавливать с использованием в качестве основы углеродного волокна, а не вольфрамовой проволоки. Кроме тпга, процесс получения ЯС-волокон более экпнамичен, так как для получения 1 кг ЯС-волокон неабхпдима всего 8 кг силана, в то время как для получения 1 кг барного волокна необходима 15 кг ВС12.

Скорость получения ЯС-волакон в реакторе вдвое выше скорости получения бпрнага волокна. 35 Таблица 1.7 вчеталлвческие волокна Зб 1. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ КОМПОНЕНТЫ рассмотрим основные физика-механические характеристики волокон карбида кремния на вольфрамовой подложке: 37лотность р 10 1, кггм1 33 Модуль упругости нри растяжении вдоль волокна Ео ГПа . 400..500 Модуль сдвига 6, Гпа 170 Срсдвяя нрочность при растяжения он ГПа .....

2..4 Продольная дсфорагацяа а, % 0,3 .0,5 -1ба, К ' (3Во...бВО К) 3,3 Карбидокремниевые волокна на углеродной подложке более дешевые, но имеют пониженные прочностные характеристики и повышенную чувствительность к поверхностным дефектам. Эта обусловлено тем, чта данный тип волокон имеет мелкозернистое строение, углеродный сердечник слабо связан со слоем карбида кремния и остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое меньше, чем в карбидакрелтниевых волокнах на вольфрамовой подложке. Композиты на основе карбидокремниевых волокон используют в конструкциях ядерных силовых установок, высокотемпературных подшипниках, направляющих и рабочих лопатках газотурбинных двигателей, носовых абтекателях ракет.

Для конструкционных композитов наиболее зффективньгми и экономичнымн (в некоторых случаях) являются металлические проволочные волокна Так для композитов, предназначенных для рабаты при пониженных температурах, используют стальные и бериллиевые волокна, а при высоких температурах — вольфрамовые и молибденовые.

Проволочные волокна ширака применяют для изготовления тонкой высокопрочной проволоки из коррозионно-стойких сталей с метастабильным в условиях холодной деформации вустенитом Значительное упрочнение стальной проволоки достигается вследствие практически полного превращения аустенита в мартенсит, при оптимальных технологических режимах изготовления, в сочетании с наклепам при холодном деформировании.

Дополнительное упрочнение возможно в результате отпуска проволоки. 1.2. Армиругоцгиа аолокнистьгс наноднители ПОНИЖЕНИЕ ПрОЧНОСтИ стацгЬНЫХ ПРОВОЛОК ПрОИСХадИт В результате выдержки при температурах 650 ..670 К Исключение составляет проволока из стали ВНС-9, сохраняющая свою прочность ло температуры 730 К. Для эксплуатации кампазитав при высоких температурах наиболее приемлемыми считают вольфрамовые волокна.

Высокатемпературную прочность вольфрамовых волокон повышают за счет введения в вольфрам и сга сплавы тугоплавких дисперсных частиц (карбидных и др.). Увеличение длительной прочности обеспечивается нанесением тонких (до 12 мкм) барьерных покрытий. причем наиболсс эффективным является покрытие из карбида гафния Н(С, которос позволяет избежа.гь рекристаллизапин вольфрамовых волокон при температуре 1400 К в течение 1000 часов.

Па сравнению с вольфрамовыми, молибденовые волокна незначительно уступают па прочнастным и упругим характеристикам, а также па жаростойкости Некоторые механические характеристики молибденовых и других типов металлических волокон приведены в табл 1.7. Моааанааоане дараатарнепган некоторых маталлачасаих аолоаон Волокна с металлическими вакрыззвши Волокна конструкционных камна зитов в ряде случаев имеют покрытия, выполняющие различные функции: защиту к компози]]ионный мАтегиллы и их компоненты Волокна франклин получают в результате кристаллизации сульфата кальция в водной среде при повышенных давлении и температуре.

Эти волокна представляют собой белый блестящий порошок, состоящий из монокристаллов длиной ВО мкм и диаметрам 2 мкы. Волокна франклин химически стабильны, обладают низкой растворимостью в воде, имеют высокую термастойкасть и хорошие теплоизоляционные свойства. Волокна франклин применяют в качестве напалнителя пластмасс и усиливающего наполнителя для алюминия. Волокна файбекс представляют собой манокристаллы неорганического титаната, которые получают перекристаллизвцией солей из расцлавав.

Эти волокна имегат повышенные прочность и модуль упругости, их используюг а качестве усиливающего наполпителя пластмасс. Нитевидные кристаллы (усы) — ыанокристаллические волокна, выращенные в специальных условиях. В настоящее время имеется более 100 типов усов из металлов, карбидов, оксидов металлов и других соединений Усы имеют механическую прочность, эквивалентную прочности связи между атомами, что обеспечивается бездефектностью структуры нитевидных монокристаллав Монокристаллические волокна, получаемые из оксидов, обладают прочностью, которая приближается к максимальной теоретической про пюсти материалов.

Нитевидные кристаллы ныеют диаметр от далей микрометра до нескольких микрометров и длину от долей миллиметра да нескольких сантиметров Прочность усов эаыстна снижается с увеличениеи их диаметра и длины Усы по сравнению с обычньгыи поликристаллическими материалами облалакт меньшей потерей прочности при увеличении температуры. Один из способов получения усов — восстановление солей металлов Аппарат Бреннера для получения усов методам восстановления прелставляет собой трубчатую печь с кварцевой или муллитавой трубкой (рис 1.10). С паыошью вольфрамового стержня в печь помещают платиновую лодочку, наполненную галаидным соединением. Через трубку с определсннЖ скоростью пропускают водород, который, взаимодействуя с галаилным соединением, восстанавливает соли, а газообразны~ продукты при этом проходят через воду для отделения галаиново- Характеристики и итеаядямх кристаллов ]вялила 1 9 02.

АрмнрЗющие волокнистые наполннтеэи дородных соединений. г Форма усов, полученных этим способом, может быть очень разнообразной. Наибольшие успехи до- ю ~ г сти гнуты в выращивании этим методам усов сапфира (а — А1 О ) и карбида крем- Рие. Паэ. Приоор лля вырашиеания уеов: ння, одиако этОт процесс г — термопара лля измерения темгкратуры пака еще ыалапраизводи- обрати , -3- печь; Э вЂ” лодочка, наполнентельпый гокода ] ю усов иан галоилным соединением; 4 — кварпе- авя или мулаитовая трувка; 5 — вольфрасапфира в течение недели). яовый р енгя к — раеходомер: 7 охПоэтому стоимость ните- лаждаюшая камера; 8 — термопара лля ревидных кристаллов высокая гзлвровання темлераттры печи и несмотря на исключительные механические свойства, их производство и применение ограничено, и усы следует рассматривать как материалы бунушега.

Наиболее перспективным ме.гадом выращивания усов является метод осаждения из газовой фазы. Усы обладают одновременно достоинствами стеклянных и барных волокон: их предельное удлинение как у стеклянного волокна (3...4 %), а модуль упругости — как у барного (более 500 ГПа). При этом разрушающее напряжение при растяжении усов в 5 — 1О раз больш~, чем у стекля1шых и барных волокон Характеристики некоторых видов нитевидных кристаллов приведены в табл. ].9 40 1. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Н ИХ КОМПОНЕНТЫ 1т1онокристаллнческие волокна имегот огромные потенциальные возможности для создания новых жаропрочных материалов и применения их в различных отраслях техники. Тканые армирукяиие материалы Тканые материалы на основе различных типов высокопрочных волокон, используемые в качестве арматуры при изготовлении слоистых композитов, классифицируют по материаловедческому и конструктивному признакам (рнс,1.11), Необходимую для определенных целей анизотропию механических характеристик слоистых композитов дости1ают за счет варьирования соотношения волокон в основе- и утке ткани.

Рис, 1Л1, Классифишгции тканых армирчоших материалов 1.2. Армируюшие волокнистые нанолнители Ткань изготавливают на ткацком станке переплетением двух взаимноперпендикулярных систем нитей пряжи — основных и уточных. Основные нити (основа) располагаются по длине куска ткани, а угочные (уток) — по его ширине, от кромки к кромке. Процесс ткачества заключается в том, что основные нити, перематываясь на ткац- ! ком станке (рис.

1.12) с ос! ! новного валика (навоя) на товарный вази к, переплетаются с нитями утка. Каждая основная нить проходит через от- ф С1 дельное небольшое колечко (чалево), причем для образования зева, в который попадает уточная нить, одновре- МЕННО Чаетв ОСНОВНЫХ Ннтай РИЕ Кат. Схема ткацкого станка: ПОдНИМастСя ЧаЛЕВВМИ, а дру- 1 — основной валик; 2 — товарный валик; 3 — чалево; 4 — зев; 5 — челнок; б— тая часть опускается. Челнок „, ! с уточной нитью, намотанной на шпулю, механически прокидывается с одной стороны станка на другую через зев, образованный основными нитями. Остав1паяся н зеве уточнвя нить, смотавшаяся со шпульки челнока, пробивается к краю (опушке) ткани бердом (стальной гребенкой, сквозь зубья которой проходят после прохождения чалсв основные нити). Затем бердо отходит от опушки ткани, поднятые нити основы опускаются; опушенные поднимаются и в новый зев вновь прокладывается нить утка.