строение (557054), страница 70
Текст из файла (страница 70)
1 000) 2 100 ... 20 (20 ... 1 5оо) 800 ... 50 (20... 1 000) 1 500... 10 (20... 1 200) 980 (25) 172... 96 (20... 1 350) 274... 70 (20...! 200) 300... 220 (25... 1 300) 140... 85 (20... 1 170) 140 ... 210 (25) 2 500... 2 600 7... 8 2 570 М80 2 680 3 580 ТЬО 3 200... 3 300 7 97... 10 000 2 860 6...7 10 950 !!Оя меряпнсь свойства, с Т а б л и ц а 29.
Свойства оксндной керамики П р ни е т а н н е. В скобках укатан температурнмй интервал, С, прн котором на корундовые покрытия используются для защиты от окисления металлических летательных аппаратов и двигателей. Получен прозрачный беспористый корунд — люкалокс с максимальной рабочей температурой — 2000 'С. Известны также прозрачные керамические материалы на основе М80, из которой изготовляют окна диаметром 300 мм для вертолетов, и керамика на основе оксида иттрия 1,0, (иттрилокс), получаемая спеканием в газосгате, сохраняющая свойства при нагреве до 1800 'С на воздухе. Свойства оксидной керамики представлены в табл, 29.
Бескислородные керамики отличаются высшей огнеупорностью, твердостью и износостойкостью, В их числе соединения элементов с углеродом называют карбидами, с бором — боридами, с азотом— нитридами, с кремнием — силицидами, с серой — сульфидами. Сопротивление окислению у бескислородных керамик ) 900... 1000 'С становится недостаточным. Поэтому наиболее полное использование ценных свойств этих материалов при высоких температурах возможно в нейтральной, восстановительной среде или вакууме.
Исключение составляют бескислородные соединения, содержащие кремний (ЯС, Я»Х« и др.), которые при высоких температурах образуют на поверхности материала расплав кремнезема ЯО„защищающий изделие от дальнейшего окисления. Скорость испарения в вакууме (летучесть) одних и тех же элементов в их бескислородных соединениях возрастает в следующем порядке: карбиды -н бориды -и силициды -ь нитриды. По сравнению с металлами и сплавами большинство бескислородных керамик (карбиды, борнды) меньше разупрочняются при высоких температурах. Карбид кремния (ЯС-карборунд) применяют в качестве защитного покрытия на графите от окисления, для вкладышей сопел пороховых и некоторых жидкостно-реактивных двигателей при изготовлениях электронагревателей для печей (так называемые глобаровые и силитовые стержни и трубки).
Высокая твердость карборунда позволила применить его в качестве абразива. Карбид титана Т1С (р = 4920 кг/мй, /~ = 3150 'С, а = 9,6Х )(!О е К ', и„,„= 280... 400 МПа) также применяется для изготовления жаропрочных материалов деталей реактивной и атом« ной техники.
Бориды обладают высокой твердостью, температурой плавления (ф'в = 2200 'С, (н!в = 3250 'С), термостойкостью и более высокой температурой начала окисления по сравнению с карбидами н иитридами. Низкая летучесть боридов позволяет использовать их в восстановительной среде при температурах, превышающих 5500 'С. Из диборида циркония, легированного дисилицидом молибдена (10 %) (табл. 30), применяют для изготовления передних кромок летательных аппаратов и сопел двигателей. Отличная стойкость к тепловому удару (термостойкость) этой керамики объясняется ее низким тепловым расширением.
Нитрид бора применяют в слойчатых вставках сопел двигателей. Это мягкий материал с гексагональной графитоподобной структурой. Он устойчив в нейтральной и восстановительной атмосфере. Изделия из В5( термостойкие при высокой теплопроводности. Из Вй) изготовлены обтекатели антенн и электронного оборудования летательных аппаратов. При высоких давлениях и температуре В5) может быть переведен в алмазоподобную кубическую структуру, названную «боразон» с плотностью 3450 кг/м' и /, = 3000 'С.
При твердости, равной алмазу, «боразон» устойчив к окислению до 1900... 2000 'С, тогда как алмаз начинает окисляться и реагировать с Ге при 880 'С, о',, мпа г„,, с ов, Мпа а !о-а р, кг!мз й, Вт/1и К) нм Е, Гпа Везкнслородная керамика 2600 (рабочая до 1650) 2370 16,7 (200... 1400) 53...30 (100... 1000) 15 ...
12,3 (300... 1000) 30,0 9,2... 9,5 5,2 (20... 1000) 5)С вЂ” карбид кремния (иарборунд) ЕгВа с 1О % Мо5)а диборид циркоиия и дисилицид молибдена (борид 2) В)Ч вЂ” ингрид бора (белый гра- $, вт) 1а)Ча — ингрид кремния гор яче- прессованный 4,6 450 2340 7,51 (25... 1000) 50... 11О (25) 0,7 ... 1 (1000) 1...2 1О (1 000) 317 3! 90 1900 (рабочая до 1450) 2030 6240 478 (900) 59,7 (1100) 500... 1000(25) 1100 — 50 (50... 1500) 430 2000 200... 300 ' Мо5)а — дисялицид молибде.
иа Сиалон 2000... 3000 <1500 З,О свойства. Т а б л и ц а 30. Свойства бескислородиых кернмнчесиих материалов П р и и е т а н и е В скобках указана темиература, 'С, яри котором измеРялись Нитрид кремния легированный 5... 10 % 1,О, (оксид иттрия) применяют в горячем тракте газотурбинного двигателя, что повышает температуру газов на входе в турбину до 1370'С против 1050...
1100 'С при использовании никелевых сплавов. На основе двух типов керамики — ионной оксидной А!,О, (корунд) и ковалентной бескислородной Я,1Ч (нитрид кремния) синтезирован новый эффективный материал «Сиалон» общей формулы Я, „А!„)Ча „-О„. Детали из этой керамики спекают при 1700 'С. Полученные изделия в три раза легче и в 10 раз дешевле чем жаропрочные сплавы. Именно из этого типа керамики изготовлены опытные образцы блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных лопаток и других теплонапряженных деталей.
Важнейшим свойством силицидов, как и других кремнийсодержащих бескислородных керамик, является их окалиностойкость, позволяющая применять их до 1300... 1700 'С (наиболее изученный и широко используемый МоЯ,). Дисилицид молибдена применяют в составе защитных покрытий на тугоплавких металлах до 1700 'С, для сварки графита, а спеченный МоЯ, применяют для сопловых вкладышей двигателей. Дисульфид молибдена МОЗ„ благодаря высоким антифрикционным свойствам, применяется в составе сухой смазки для вакуумно-космической техники. Раздел четвертый МАТЕРИАЛЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ Глава 8 СПЛАВЫ С ОСОБЫМИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ И МЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ 1, Конструкционные композиционные материалы на металлической матрице Композиционные материалы (КМ) — это объемно-армированные различными наполнителями металлы, сплавы, полимеры, Прочность, жесткость и другие эксплуатационные характеристики таких материалов значительно выше, чем у армируемых матриц.
Работы по созданию и исследованию КМ стимулируются потребностями современных отраслей техники. Уже сейчас известны многочисленные примеры успешного применения КМ. Алюминий, армированный стальной проволокой„ применяется для изготовления оболочек ракет и топливных баков. Массу топливных баков при этом удается снизить на 14 % при сохранении эксплуатационных характеристик. Некоторые элементы фюзеляжа военных самолетов изготавливаются из алюминиевых сплавов, армированных волокнами бора и проволокой из стали.
Успешно внедряются алюминиевые сплавы, армированные бериллиевой проволокой. Использование КМ в двигателе аппаратов вертикального взлета снижает массу двигателя на 33 %, а массу мар- Рнс. 1ее. Схема структур ком- повнкноннмх матврналов (КМ! Йжхло слои Упах7паы Мал!увща шевых двигателей на 45 о4. Ведутся разработки по применению армированных материалов в планерах самолетов, вертолетов, кос. мических кораблях и аппаратах, баллистических ракетах и др. По форме наполнителя можно выделить три типа КМ: КМ, армированные частицами, КМ, армированные волокнами; слоистые КМ.
Схемы образования структур таких материалов показаны на рис. 160. Для уменьшения анизотропии волокнистых КМ„слои волокон могут располагаться под разными углами друг к другу. Возможны следующие схемы укладок трех чередующихся слоев волокон: 0' ~ЗО', 0' ~45', 0' ~60'! двух чередующихся слоев: ~- 45' ~60' и т.
д. Композиционные материалы, армированные частицами Микроструктура материалов, упрочненных частицами, состоит из матриць1 и равномерно в ней распределенных упрочняющих частиц. Если размер упрочняющих частиц ! < 10 в см, то материал называют дисперсно-упрочненным, если ! в 10 ' см, то это— материалы, упрочненные частицами. Объемная доля упрочняющей фазы в КМ первого типа может быть различной и колеблется от нескольких (в дисперсно-упрочненных КМ) до десятков процентов в КМ, упрочненных частицами, Получают КМ, армированные дисперсными частицами, методами порошковой металлургии, Основными технологическими этапами этих методов являются: получение порошковых смесей, прес- сование порошков, спекание с последующей деформацией и термическая обработка, Важен метод получения дисперсных и ультра- дисперсных порошков.
Так, для получения ультрадисперсных порошков упрочняющих оксидов используют термическое разложение солей. Для получения оксида тория прокаливают нитрат тория. Полное разложение соли до образования оксида заканчивается при 700 'С. При этом средний диаметр частиц Т!уОв не превышает !0,0... 20 нм. Простейшим вариантом получения однородной смеси порошков является механическое смешение порошка матричного металла с порошком упрочняющей фазы.
Для смешения могут использоваться смесители любых типов: шаровые и стержневые мельницы, турбу- лентные смесители и т. д. При резком повышении энергонапряженности механического смешения осуществляется принципиально новый процесс получения смесей, называемый механическим легированием. В последнее время для равномерного распределения ультрадисперсных частиц оксидов в металлических порошках успешно применяется метод внутреннего окисления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
