строение (557054), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Плотность неорганических стекол колеблется от 2200 кг/м' у легких щелочных силикатных кронов (показатель преломления н = = 1,44) до 5200 (и даже до 8000) кгlм' у тяжелых, содержащих до 65 % оксидов свинца, бария, висмута флинтов (н = 1,9); свето- прозрачность неокрашенных стекол составляет в видимой части спектра до 92 % . Наиболее широкая полоса пропускания электромагнитных волн оптического спектра для кварцевого стекла простирается от жестких ультрафиолетовых лучей (Х = 160 нм) до инфракрасных (Х = 5,0 мкм).
Легированные железом и фосфатами стекла задерживают тепловое излучение, легированные редкоземельными элементами — ультрафиолетовое излучение. Легирован- ное легкими элементами (В, Ве, !.!) стекло пропускает рентгеновские лучи, а тяжелыми (РЬ) — поглощает.
Химическая и гидролитическая стойкость стекол в кислых средах (кроме фосфорной кислоты Н,РО, и плавиковой НР, полностью растворяющей стекло) довольно высока. Растворимость составляет 0,01... 0,1 %. В щелочных средах стойкость снижается и растворимость достигает 0,5... 2,0 %. Стекла, содержащие много щелочных модификаторов, наиболее подвержены коррозии. Силикатные стекла с содержанием 20...
30 % ИааО или 110 растворимы в горячей воде и образуют «жидкое стеклов. Недостатком закаленного стекла является чувствительность к ударам в края (у самой кромки) и в углах. При разрушении закаленное стекло покрывается густой сеткой трещин, сильно затрудняющих видимость. Если два листа стекла склеить прозрачной гибкой и упругой полимерной пленкой, то получается так называемый триплекс, При разрушении его образовавшиеся осколки удерживаются на полимерной пленке, к которой они прикреплены, и не высыпаются из рамы. Ситаллм, ия свойства, примеяеиие Выдающимися свойствами обладают новые конструкционные материалы — ситаллы (термин образован из слов стекло и кристалл), получаемые путем кристаллизации неорганических стекол наоснове некоторых оксидов.
По способу получения ситаллы разделяют на два класса: фотоситаллы (фотокерамы) и термоситаллы (термопирокерамы). Фотоситаллы (сподуменовые) содержат в качестве катализаторов соединения светочувствительных металлов — меди, золота, серебра, платины, а также щелочных и щелочноземельных металлов в количестве 0,001 ... 0,3 %, В отлитой из стекольного расплава детали эти соединения находятся в виде ионов. Для облегчения восстановления и выпадения (коагуляции) равномерно распределенных в детали металлических частичек (центров кристаллизации) ее подвергают облучению ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами. При последующей термообработке детали вокруг центров происходит равномерный рост поликристаллической структуры ситалла.
При получении термоситаллов, содержащих катализаторы— оксиды титана, фосфора, ванадия, хрома, фториды и сульфоселениды, происходит разделение исходного оксндного стекла на две фазы, причем одна из них с большим поверхностным натяжением, выпадает в виде коллоидных частиц. При ступенчатой термообработке (500 и 800... 1000 'С) отформованных изделий эти частицы кристаллизуются сами и вызывают полную кристаллизацию стекла. Подбором химического состава исходного стекла, типа катализатора и изменением режима термообработки можно варьировать состав и содержание кристаллической фазы в пределах 30...95 % Т аз л и па 23. Осиовиме свойства стаяол и ситаллов Малащелочкые стекла к соде рыащае оксады таыеаых лет аллое Кварцевые !аротрачкые! стекла Свталлы своаства 2420 ... 5760 1000 ... 1250 т, кг/ма Температуаоа равмяг.
яеявя, Т, С а 10', К-' !ч, Вт/(м.К) Е, ГПа ос, МПа в ае, МПа 2200 1200... 1600 — 07...+30 2,0 ... 7,0 34 ... !41,0 1000 ... 1600 70 ... 120 !...15 0,7 ... 1,4 65 ... 73,5 600 ... 700 30 ... 70 +0,5 1,5 66... 70 /1о 2000 50...60 и размер зерен от 40 до 1... 2 мкм, изменяя таким образом физико- механические свойства ситаллов в желаемом направлении. Ситаллы относятся к материалам сравнительно невысокой плотности. Мелкозернистая структура придает нм беспористость, газонепроницаемость. В процессе кристаллизации практически не возникает усадки детали. Механическая прочность вследствие остановки роста трещин на границах зерен повышается до величины аа = 70 .. 120 МПа, а а', = 1000... 1б00 МПа и сохраняется при нагревании до / = 700...
800 'С и даже 1100 'С. Благодаря регулируемому значению температурного коэффициента линейного расширения сс в пределах ( — 0,7... + 30) 10 ' К ' ситаллы имеют термостойкость кварца Ь7' = 500... 900 'С и хорошо спаиваются с различными металлическими сплавами. Коэффициент трения (/) ситаллов составляет 0,1 ... 0,2, твердость (Н)/) равна б500 МПа. Ситаллы являются стабильными и надежными диэлектриками, хорошо сопротивляются износу. Основные физические н механические свойства ситаллов и стекол приведены в табл.
23. Благодаря высокой огнеупориости, хорошей прочности, термостойкости, сцепляемости с металлами и хорошим диэлектрическим свойствам ситаллы применяют в качестве обтекателей антенн, для оболочек высоковольтных электровакуумных приборов с высоким разрежением. Для остекления ЛА используются преимущественно триплексы и закаленные стекла, Для теплоизоляции используют прозрачное многослойное стекло.
Для изготовления оптических приборов применяются оптические стекла: кроны, не содержащие оксидов свинца и отличающиеся малым коэффициентом преломления и флинты — с высоким содержанием оксида свинца и большим значением коэффициента преломления. Для радиолокационных установок разработаны барий-титанатсиликатные стекла, пропускающие не менее 80 % инфракрасных лучей. Органическое стекло Кроме неорганического стекла широкое применение в производстве ЛА находят органические стекла — полимеры на основе полиметилметакрилата, его сополимеров, поликарбонатов и других акриловых полимеров.
СООСН6 ~-сн- с— и СН6 Полимегилметакрилат (ПММА) получают преимущественно в виде прозрачного листового материала, называемого органическим стеклом, Он обладает высокими атмосферостойкостью, проницаемостью для световых и ультрафиолетовых лучей, а также рентгеновского н Т-излучения, хорошими физико-механическими и электронзоляционными свойствами. В отличие от силикатных стекол ПММА имеет существенно меньшую плотность и малую хрупкость, однако рабочие температуры его невысоки, при нагревании ) 120 'С размягчается и в этом состоянии легко формуется. Устойчив к действию разбавленных щелочей и кислот, не растворяется в воде, спиртах, простых эфирах и др. К нежелательным свойствам следует отнести невысокую поверхностную твердость, возникновение под действием механических нагрузок двойного лучепреломления, а также потерю прозрачности прн резких перепадах температур за счет эффекта серебрения, т.
е. возникновения трещин — полостей с полным внутренним отражением. Получают сополимеры метилметакрилата с винилхлоридом, акрилонитрилом и др., поверхностную прочность увеличивают прививкой прозрачных мономеров на полимер ПММА. ПММА и поликарбонат применяют в качестве конструкционных материалов в авиационной и лазерной технике, изготавливая детали остекления самолетов, безопасные смотровые купола, органические триплексы, линзы и призмы и др. Глава 7 В ЫОЭКОТЕМП ЕРАТУРН Ы Е МАТЕРИАЛ Ы Техника второй половины ХХ века — техника высоких потенциалов, высоких и сверхвысоких температур, скоростей и напряжений.
В современных летательных аппаратах материалы работают в экстремально тяжелых условиях и при этом они должны удовлетворять широкому комплексу общих и специальных требований. Развитие перспективных металлических высокотемпературных сплавов является важным ускоряющим фактором в совершенствова- нии турбореактивных двигателей. Многие из ныне используемых материалов были специально разработаны для использования в газотурбинных или турбореактивных двигателях. Детали газотурбинного двигателя подвержены высоким температурам, большим механическим напряжениям, газовой коррозии, вибрации, малоцикловой усталости из-за неоднократного повторения цикла работы двигателя на взлете и при посадке и др.
Рабочая температура реактивного двигателя является ключевым фактором, определяющим его к. п. д. К деталям узлов двигателя предъявляются разные требования: рабочие и направляющие лопатки компрессора должны выдерживать большие аэродинамические нагрузки, сопротивляться ползу- чести; диски, несущие вращающиеся рабочие лопатки, должны обладать высоким пределом прочности, чтобы удерживать лопатки от действия центробежных сил; для материала деталей камер сгорания непременным требованием является формуемость и сварнваемость, сопротивление термической усталости, высокая жаростойкость до температур порядка 1100 'С.
К деталям турбины ВРД предъявляются требования, аналогичные тем, которые предъявляются к деталям компрессора, но кроме того, они должны быть жаростойкими в газовой среде и жаропрочными при гораздо более высоких температурах. Все материалы для деталей двигателя должны обладать стабильной микроструктурой для сохранения свойств длительное время. Новые композиции сплавов и совершенствование технологии обеспечило повышение жаропрочности за период с 1945... 1975 гг. на 300 'С или в среднем на 10 'С в год. Верхним пределом достигнутой у нас и за рубеЖом длительной жаропрочности никелевых деформируемых сплавов является оф' = 110 МПа.
На рис. 141 показано распределение рабочих температур газов в ГТД н одновременный рост жаропрочности традиционных никелевых сплавов. Для создания сверхзвуковых летательных аппаратов необходимы материалы, способные работать при более высоких температурах, порядка 1800 'С. В настоящее время разрабатываются новые металлические сплавы и способы их изготовления, а также полимерные, керамические и композиционные материалы.
На рис. 142 приводится прогноз применения материалов с повышенной жаропрочностью. Первоначально турбинные лопатки изготавливались ковкой, теперь их отливают способом направленной кристаллизации для получения столбчатой кристаллической структуры, в которой ограничивается число межкристаллических элементов сопряжения, обычно являющихся исходными точками распространения трещин. Для увеличения температуры газов перед турбиной более чем на 200 'С, используют монокристаллические лопатки с внутренними каналами охлаждения. Они обладают не только большей теплостойкостью (примерно на 30 'С), но и их срок службы в 9 Заказ № 66О6 яят г с(г гбар гррр 75 5Р 7555 555 а ббыпу)555577 (ог )В55 га)5 Ррр ргб б ~,'5 7555 камбуза гйяблно гбббб ббчбанпл Нбае мтбу 755а угрр Угар УВРа 575 7йа Нб(7 55а 7555 7575 7555 урра 75)7(7 В.
ВРВР янВ 7555 ж75 Гбгсг Рис. 141. Распределение рабочих температур в ГТД (о) и рост жаропрочвостк М сплавов (б) в современных двигателях (1) и в двигателях будущего (2) Рис. 142. Прогноз примеиеиия материалов с повышевиой жаропрочиостью: 1 — трвдвциоииые жаропрочиые сплавы; 2 — металл со структурой. упрочиеииой направленной кристаллизацвей;  — термозащит. иые покрытия; 4 — композициоилме материалм с керамической ма.
трицей 2... 3 раза выше, чем у лопаток с направленной кристаллизацией. С другой стороны, их стоимость в 1,б... 2 раза выше стоимости лопаток, использующихся в настоящее время. В будущем некоторые виды лопаток будут производиться методами порошковой и гранульной металлургии. Однако, несмотря на улучшение рабочих характеристик, стоимость производства изделий методами сверхбыстрою затвердевания (гранулы, аморфные металлы) остается пока еще высокой. Керамические композиционные материалы заслуживают особого внимания, поскольку они имеют небольшой удельный вес и повышенную термостойкость.
Применение керамических материалов в реактивных двигателях открывает возможность повысить максимальную рабочую температуру с 1000 до 1500 'С. Это позволит резко увеличить экономичность двигателей и применить дешевые виды топлив. Основной недостаток керамических материалов— их высокая стоимость и низкая надежность вследствие быстрого распространения трещины. Причем, критический размер дефекта керамического материала 100 мкм, тогда как для металлических еплавов допустимы дефекты до миллиметров. Наиболее быстро расширяется применение композиционных материалов, которые могут превосходить традиционные однородные материалы по таким показателям, как удельная жесткость и удельная прочность, усталостная прочность, ударная вязкость и тепло- стойкость.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
