строение (557054), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Предел текучести КМ можно оценить, используя для расчета выражение а, = (и,'~ Е') 2„Е4/„ (24) Ч1« лучить ориентированную гетерофазную структуру волокнистого, пластинчатого или более сложного типа. Эвтектические композиции имеют высокую прочность, жаропрочность, термическую стабильность, что представляет интерес для авиационной техники.
В табл. 33 приведены данные по прочности и жаропрочности некоторых эвтектических композиций в сравнении с одним из лучших жаропрочных никелевых сплавов. Известно, что из композиции (Со, Сг) — (Со, Сг),С, методом направленной кристаллизации в керамическую выплавляемую форму изготавливаются пустотелые лопатки компрессора, а из эвтектической композиции Ь)1эА! — ИЬ)Ь готовят монолитные лопатки турбины. гДе и,' и Ее — пРеДел текУчести и мо- кгр„р,у!т дуль упругости компонента с наиболее низким соотношением о,/Е.
мр Экспериментальными исследованиями показано, что слоистые металлические КМ, у которых прочность связи или прочность промежуточных ! слоев меньше, чем у основных компонентов, обладают более высоким сопротивлением распространению тре- Рис, ! 04, завис«месть энергии раэ- ЩИН ПО СРаВНЕНИЮ С МОНОЛнтНЫМ Ма- Ртыеии» !Оур„р! ет темпеиаттуы териалом или с КМ с высокой проч- и!11"и им„;;; и 121 "" ий постыл связи.
Это обусловлено механизмами разрушения слоистых КМ. При распространении трещины перпендикулярно слоям происходит ее торможение на границе раздела меигду слоями из-за процесса расщепления в вершине трещины. При этом происходит релаксация напряжений. Для дальнейшего развития процесса разрушения необходимо повторное зарождение трещины, а на этот процесс требуется значительно большая энергия, чем работа распространения уже имеющейся трещины. При распространении трещины вдоль слоев происходит расщепление слоя у вершины трещины на ряд более тонких слоев или, другими словами, происходит разветвление трещины. Это также снижает напряжения в вершине трещины.
В слоистом КМ резко снижается температура перехода из вязкого в хрупкое состояние (рис. 164). Уникальные свойства определяют области применения слоистых КМ. Самолетные конструкции и обшивка должны быть прочными, стойкими к коррозии и усталости. Этими свойствами обладает слоистый КМ, состоящий из высоко- прочного сплава — сердцевины (типа Д16, В95), плакированного алюминием, который обеспечивает электрохимическую защиту. Толщина покрытия колеблется от 2,5 до 15 % от общей толщины КМ в зависимости от составляющих КМ компонентов. Широкое применение слоистые КМ находят' в атомной энергетике, а также для изготовления термостатов различного назначения, сосудов высокого давления и в других областях.
й 2. Композиционные материалы на полимерной матрице К композиционным материалам на неметаллической основе относятся материалы, где в качестве связующего используются термореактивные смолы — эпоксидные, кремнийорганические, разновидности фенольноформальдегидных, а также полиимидные и некоторые термопласты. В качестве армирующей составной части используются высокопрочные волокна, частицы, ткани, носящие общее название — наполнители. Композиционные материалы по прочности и весовым характеристикам в несколько раз превосходят лучшие традиционные материалы, обеспечивают высокую жест- кость, высокую усталостную прочность.
Например, срок службы лопастей вертолетов из КМ на полимерной матрице увеличивается в несколько раз по сравнению с металлическими, При проектировании и создании деталей следует учитывать, что новые материалы требуют создания конструкции новой формы и применения новой технологии и композиционные материалы и детали из них проектируются и изготавливаются одновременно.
Принципы иоиструнроваиив вомпозиционных материалов с полимерным свизувмим Конструирование КМ с полимерным связующим включает в себя несколько стадий: анализ эксплуатационыых условий (действующие нагрузки и их ыаправление, интервалы рабочих температур, агрессивность среды и т, д.); выбор компонентов КМ, отвечающих условиям эксплуатации изделия; выбор формы волокнистого иаполнителя (волокыо, жгуты, нити, ткань) и способа его укладки; выбор технологии изготовления данного КМ.
Основными требованиями, предъявляемыми к наполнителю, являются: близкий или одинаковый с полимерной матрицей температурный коэффициент линейного расширения с тем, чтобы обеспечить минимальное остаточное напряжение композиции, в КМ, армированных волокнами, в качестве наполнителя необходимо использовать непрерывные волокна диаметром 5 ... 7 мкм; объемная доля наполнителя должна быть оптимальной для данной композиции„ обычно она составляет 60 ... 70 е4; удельная поверхность наполнителя должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечивать большую поверхность сцепления; наполнитель должен ад. гезионно взаимодействовать со связующим.
Поверхность волокна подвергается специальной обработке. Полимерная матрица в композиционных материалах определяет: деформационную устойчивость при действии повышеыных температур (теплостойкость); длительную прочность и деформироваыие в условиях статического и динамического нагревания; стабильность характеристик материала при работе в агрессивных средах и технологию формирования изделий. Волокна длв армвровавин Фильерное стеклянное волокно производится в виде тонких нитей диаметром от 3 до 40 мкм и длиной до 30... 50 м.
Получают волокна с разными свойствами: волокно с высокой прочностью (алюмооборосиликатное стекло Е), с повышенным модулем упругости (марки ВМ), стойкое к действию кислот (марки С), тугоплавкие волокна — кварцевые, кремнеземыые. Стеклянные волокна имеют прочность 1000 ...
1400 МПа, для кварцевого волокна, состоящего ыа 99,9 % из 510„ав = 2500 МПа. Барные волокна получают осаждением из газовой фазы кристаллического бора на вольфрамовую нить диаметром — 12 мкм. Общий диаметр барного волокна достигает 90... 110 мкм. Я! '2 з Для предотвращения окислительной деструкции волокон на их поверхность наносят тугоплавкие покрытия из карбида кремния, карбида бора и других веществ, толщина которых составляет несколько микрон.
Углеродные волокна. По механическим свойствам они подразделяются на низко- и высокомодульные конструкционного назначения. Первые имеют Е ( 70 ГПа„а вторые — ) 400 ГПа. Вискоза и полиакрилонитрил (ПАН) нашли наибольшее применение в получении углеродных волокон. В последнее время для получения углеродных волокон используют нефтяыой пек. При этом получают углеродыые волокна (температура обработки '- 1000 'С) и полностью графитированные волокна при температуре обработки ) 2000 'С. Углеродные волокна имеют высокую термостойкость.
Прочность при растяжении высокомодульного волокна остается неизменной в нейтральных и восстановительных средах до 2200 'С, не изменяется она и при низких температурах. В окислительной среде прочность волокна остается неизменной до 450 'С. Поверхность волокна предохраняют от окисления покрытиями из тугоплавких соединений. Волокна химически инертыы в агрессивных средах. Поверхностная энергия волокон низка, поэтому они плохо смачиваются связующими. Для улучшения смачиваемости на поверхность волокна наносят слой мономера, производят травление поверхности карбоволокон окислителями, аппретирование, выращивают на поверхности волокон нитевидные кристаллы (этот метод носит название вискеризации или ворсеризации). Органические волокна.
С начала создания композиционных ма. териалов предполагалось использовать в качестве наполнителей льняные и хлопковые волокна, которые отличаются высокой химической активностью. Они легко вступают в химические реакции со связующим, образуя монолитную структуру с прочной границей раздела между матрицей и волокнами. Однако в настоящее время широко применяют волокна, которые изготавливают из расплава или из раствора полимеров.
, Волокнообразующие полимеры — полиамиды — ПА-6 — капроы, ПА-66 — нейлон, лавсан (полиэтилентерефталат) имеют невысокие температуры эксплуатации (Гзао = 70 С). Более тепло- стойким является полиакрнлонитрильное (ПАН) волокно, большие количества которого идут на производство углеродных волокон. Наиболее теплостойкими полимерами являются полимеры, имеющие жесткоцепные структуры, например полифенилен, но эти по- лимеры не перерабатываются в волокна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
