Металлические композиционные материалы

Металлические композиционные материалы (МКМ) представляют собой такие материалы, в которых в качестве матрицы выступают металлы и их сплавы, а в качестве арматуры – металлические и неметаллические волокна. Применение высокопрочных и высокомодульных волокон значительно повышает физико-механические характеристики МКМ, а использование металлической матрицы увеличивает прочность материала в направлении, перпендикулярном волокнам (трансверсальную), и прочность при сдвиге до значений, сопоставимых с аналогичными значениями металлов, так как прочность при сдвиге КМ определяется свойствами матрицы.

Для металлической матрицы требуется использовать значительно более интенсивные в температурном и силовом отношении технологические методы и, кроме того, производство элементов конструкций из МКМ неразрывно связано с технологией их получения. В настоящее время на базе металлургических производств организован выпуск полуфабрикатов из МКМ в виде листов, труб и профилей.

Технологическую схему производства полуфабрикатов и деталей из МКМ можно представить следующим образом: очистка поверхности волокон и матрицы – мойка, чистка, сушка; объединение волокон с матрицей – сборка чередующихся слоев матричных элементов и волокон либо приготовление волокон литейной форме под заливку матричным металлом; получение компактных МКМ в соответствии с методами пластической деформации, порошковой металлургии или литья либо с использованием комбинации этих методов.

Важнейшим в технологии МКМ является этап совмещения армированных волокон с матричным материалом. Способы совмещения можно подразделить на твердофазные процессы, жидкофазные и процессы освящения — напылении.

Для твердофазных методов характерно использование матрицы в твердом состоянии преимущественно в силе порошка, фольги или тонкою листа. Процесс создания МКМ заключается в сборке пакета заготовок, состоящего из чередующихся слоев матричного материала и упрочняющих волокон и после-дующего соединения компонентов между собой различными методами – диффузионной сваркой, сваркой взрывом, пластическим деформированием, спеканием и тд.

Жидкофазные методы заключаются в получении МКМ путем совмещения армирующих волокон с расплавленной матрицей. К ним относятся различные методы пропитки волокон жидкими матричными материалами.

Изготовление МКМ методом осаждения – напыления состоит в нанесении на волокна различными способами (газофазным, химическим, электролитическим, плазменным и т.п.) матричного материала и заполнение им межволоконного пространства.

Комбинированные методы основаны на последовательном или параллельном применении первых трех методов (например, плазменное напыление и горячее прессование, горячее прессование и последующая прокатка и т.д.)

Выбор метода полутени МКМ определяется природой матрицы и волокна, возможностью совмещения компонентов с обеспечением необходимой между ними связи на границе раздела, особенностью процесса, позволяющего одновременно получить материал и деталь, экономичностью, наличием оборудования и тд.

Несмотря на то. что в настоящее время лишь небольшое число МКМ находится в стадии внедрения, а возможности их применения ограничиваются авиационной, ракетно-космической и атомной техникой, несомненно, что в дальнейшем МКМ найдут самое широкое применение и будут способствовать технологическому усовершенствованию свойств обычных материалов.

Рассмотрим основные методы получения МКМ, применяемые на практике.