строение (557054), страница 80

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 80)

Получение металлов и сплавов в виде монокристаллов исключает влияние на свойства границ зерен и сводит к минимуму неконтролируемые изменения структурно-чувствительных свойств. Монокристаллы имеют большое теоретическое и прикладное значение. Теоретическое — для более точной оценки физико-химических свойств металлов, связанных с их природой; практическое — для получения нового класса высокочистых и совершенных по структуре конструкционных материалов. Монокристаллы высокой чистоты обладают рядом уникальных свойств, которые отсутствуют у поликристаллических металлов технической чистоты.

Например, нитевидные монокристаллы железа с совершенной кристаллической структурой (усы) имеют пределы прочности и текучести примерно на 2 ... 3 порядка больше, чем у поликристаллического железа. Монокристаллы молибдена и вольфрама приобретают пластичность вплоть до гелиевых температур, становятся сверхпроводннками, устойчивы в плазме цезия, калия и других щелочных металлов. Монокристаллы выращивают искусственно — из растворов, расплавов, из парообразной фазы, в твердой фазе, создавая условия роста кристалла только нз одного центра кристаллизации.

Существует несколько методов, технологическое и аппаратурное обеспечение которых освещено в специальной литературе. Наиболее распространенными являются методы вытягивания из расплава (методы Бриджмена, Чохральского). Размеры получаемых моно- кристаллов — от микронов в диаметре (нитевидные кристаллы) до десятков миллиметров. Метод вытягивания монокристаллов с затравкой из расплава (метод Чохральского), получивший промышленное применение, позволяет выращивать достаточно большие по размерам (диаметром до 40 ... 80 мм, длиной до 200 ...

300 мм) кристаллы. Монокристаллы полупроводников различного состава используются для производства деталей авиационного приборостроения — триодов, конденсаторов, транзисторов. Для получения более крупных монокристаллов используют плазменный метод, метод Вернейля (наплавление порошков на затравку). Тонкие монокристаллические ориентированные (эпитаксиальные) слои заданной формы, имеющие большое значение в формировании свойств поверхности деталей микроэлектроники, вычислительной техники, авиационного приборостроения, выращивают из газовой фазы.

Практический интерес для авиационной техники представляет разработанный первоначально для германия, а затем использованный для алюминиевых сплавов, метод получения монокристаллических полуфабрикатов — листов, стержней, труб, профилей непосредственно из расплава. Его особенность в том, что на поверхность расплава помещается затравка — формообразователь в виде пластины со щелью, контур которой соответствует поперечному сечению вытягиваемой на такой затравке детали. На свойства монокристаллов значительно влияет чистота и степень совершенства структуры, которая, в свою очередь, опять же зависит от чистоты.

Малейшие следы примесей приводят к появлению значительных количеств кристаллографических дефектов. Обычно степень совершенства монокристаллов рассматривают на микро- и макроуровнях. К макронесовершенствам относятся двойниковые границы, границы блоков с большой угловой разориентировкой (до 2 ... 3') и др.

Микронесовершенства — дислокации и различные точечные дефекты (вакансии, внедренные атомы). Выращивание монокристаллов сплавов менее освоено. Трудности связаны с большой загрязненностью сплавов примесями внедрения, которые вносятся вместе с легирующими элементами. Поэтому у монокристаллических сплавов несколько больше степень разориентировки блоков и выше плотность дислокаций.

Повышение совершенства монокристаллических сплавов за счет применения в их производстве как можно более химически чистых легирующих компонентов является трудной задачей, поскольку речь идет о сверхчистоте легирующих добавок. Особенно широко' используются монокристаллы тугоплавких металлов (%, Мо, Та, ЫЬ, Ке н др.) и их однофазных сплавов. Технологичность монокрнсталлов, в том числе вольфрама н молибдена, хрупких в поликристаллическом состоянии, позволяет изготавливать из них детали сложной конфигурации. Комплекс уникальных свойств наряду с высокой жаропрочностью обеспечили быстрое внедрение монокристаллов тугоплавких материалов в деталях приборов электронного приборостроения, широко применяемых в изделиях авиационно-космической техники, Конструкторов летательных аппаратов привлекает идея изготовления лопаток газотурбинных двигателей из монокристаллических материалов.

Некоторый опыт в этом направлении имеется. Он свидетельствует о возможности значительного повышения тактико-технических характеристик двигателей. В частности, согласно опытным данным о работе турбины экспериментального реактивного двигателя с монокристаллическими лопатками из никелевого сплава, сопротивление ползучести и ударным нагрузкам увеличивается в два раза по сравнению с традиционно применяемыми литыми лопатками. Применение монокристаллических лопаток в реальных конструкциях сдерживается технологическими трудностями получения монокристаллических сложнолегированных сплавов, а также получения деталей сложной конфигурации и их обработки.

Развитию монокристаллических материалов во всем мире уделяется большое внимание. Это связано, во-первых, с тем, что современная техника предъявляет все более и более высокие и жесткие требования к конструкционным и специальным материалам, некоторые из которых (в частности, приближение прочностных характеристик к теоретическим значениям) могут обеспечить только монокристаллы. Во-вторых, от уровня исследований в области монокристаллическнх материалов зависят успехи фундаментальных исследований в области физики твердого тела, на которые опираются быстро развивающиеся отрасли новой техники, такие как радиоэлектроника, приборостроение, энергетика и другие.

5 9. Металлические сплавы в аморфном состоянии Большой интерес в научном и техническом отношении представляют металлические сплавы в аморфном состоянии (аморфные сплавы или аморфные металлические стекла). Аморфная структура образуется при сверхбыстрых скоростях охлаждения ( !О'...10з К/с и более) из жидкого состояния или из газовой среды, в том случае, если подавляется образование зародышей и рост кристаллов. Фиксирование твердого аморфного состояния возможно для всех чистых металлов, сплавов и полупроводниковых материалов.

Установлено, что переход в аморфное состояние является сложным процессом и определяется совместным действием многих факторов, которые можно разделить на две группы: внешние (око. 343 рость охлаждения) и внутренние (температурная зависимость вязкости расплава, величина и положение температурного интервала кристаллизации, скорость образования центров кристаллизации в этом интервале и др.). Отсюда следует, что внутренние факторы аморфизации зависят от строения атомов и характера межатомного взаимодействия.

В результате больших начальных переохлаждений расплава, обеспечивающих фиксацию твердого аморфного состояния, происходят большие морфологические изменения сплавов. Существенные структурные изменения приводят к резкому улучшению многих свойств, что открывает дополнительные возможности создания материалов с требуемыми служебными характеристиками на принципиально новой технологической основе. Так, прочность металлических стекол достигает уровня самых прочных современных сталей при сочетании с высокой твердостью, износостойкостью, хорошей пластичностью и коррозионной стойкостью.

Следует отметить, что в результате циклических испытаний аморфных сплавов установлены достаточно высокие их служебные характеристики. При этом аморфные металлы показали в три раза большую долговечность, чем стали с сопоставимыми значениями предела прочности. Весьма важные результаты получены при исследовании электрических и магнитных свойств аморфных сплавов.

Аморфные металлы имеют в 2 ... 3 раза большее удельное электрическое сопротивление, чем аналогичные кристаллические металлы. Переход вещества в аморфное состояние сопровождается также значительным понижением температуры Кюри. Магнитные свойства некоторых магнитомягких металлических стекол находятся на уровне лучших магнитомягких сплавов типа пермаллой, хотя свойства металлических стекол исследованы в основном после литья и не оптимизированы ни по составу, ни по технологии производства, При этом, в отличие от пермаллоев, магнитные свойства металлических стекол малочувствительны к механическим воздействиям.

Сочетание высоких механических, магнитных, антикоррозионных и других свойств аморфных материалов вместе с относительной простотой технологии их получения делает экономически выгодной замену ряда традиционных кристаллических материалов аморфными. Глава 9 НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ОРГАНИЧЕСКОА ПРИРОДЫ й 1. Термопласты общетехнического назначения Основу термопластичных пластических масс общетехнического назначения составляют полимеры линейной или разветвленной струк.

туры, переходящие при нагревании в вязкотекучее состояние, После формования детали структура макромолекул в них остается неизменной. По способу получения они подразделяются на полимеризационные и поликонденсационные, по наличию зарядов на неполярные (заряды в макромолекуле распределены равномерно) и полярные, макромолекула которых представляет собой диполь. У неполярных полимеров высокие диэлектрические характеристики, что позволяет использовать их в качестве высокочастотных диэлектриков, высокая химическая стойкость в агрессивных средах, но недостаточно высокая теплостойкость и механическая прочность.

Группа полярных термопластов относится к низкочастотным диэлектрикам с повышенной механической стойкостью и теплостойкостью по сравнению с неполярными термопластами вследствие увеличения когезии между макромолекулами из-за электростатического взаимодействия полярных групп. Термопласты — технологические материалы, из них изготовляют электротехнические детали, прокладки, тонкие пленки и волокна, детали, используемые в узлах трения, защитные покрытия на металлах. Неполлрные термопласты.

Эта группа включает в себя полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полистирол (ПС) и политетрафторэтилен (ПТФЭ). Полиэтилен (ПЭ) производится в нескольких модификациях. ПЭВД вЂ” полиэтилен высокого давления получается из газа этилена при давлении от !50 до 300 МПа при ! = !80 'С.

Характеристики

Список файлов книги