Методы получения и свойства армирующих волокон


В армированных композиционных материалах основную нагрузку воспринимают волокна. Вводят их в матричный материал в виде отрезков, непрерывных нитей, длина которых соответствут длине армированного материала, либо в виде тканей различного плетения, войлока, матов. Дискретные волокна могут располагаться в матрице хаотично или ориентированно. Непрерывные волокна в зависимости от требований вводят слоями, которые могут быть ориентированы под различными углами.

Нитевидные кристаллы, или «усы» - очень тонкие дискретные волокна с монокристаллической структурой.

Диаметр нитевидных кристаллов обычно не превышает 10 мкм.

В настоящее время известны следующие методы получения нитевидных кристаллов:

1. Выращивание усов из покрытий – выращивают нитевидные кристаллы легкоплавких металлов (Zn, Sn, In, Sn и др.).

2. Выращивание усов в электрическом поле – выращивают кристаллы некоторых металлов (Fe, Ag, Cu и др.).

3. Осаждение в газовой фазе основано на возгонке или испарении исходного вещества, последующем массопереносе его через газовую фазу и конденсации в зоне осаждения. Данным методом получают усы многих металлов и соединений (цинк, кадмий).

4. Химические способы получения нитевидных кристаллов нашли более широкое применение, чем предыдущие. В данном случае усы выращиваются вследствие химического взаимодействия между материалом испаряемого вещества и окружающей газовой средой. Получают «усы» различных металлов (кобальт, кремния, германия, фосфид галлия, оксид алюминия, карбида кремния).

Высокопрочные металлические проволоки – один из самых доступных видов волокон, применяемых для армирования композиционных материалов.

При армировании применяют: стальные проволоки (из углеродистых сталей У8, У12, мартенситностареющих Н8 М18 КН, нержавеющих аустенитно-мартенситных Х17 Н7 Ю), проволоки из вольфрама и молибдена, берилевую проволоку, металлические волокна, получаемые из расплава (Ag, Cu, Ni, Co, латуни).

Из металлических упрочнителей широко применяют стальную проволоку, которая является наиболее дешевым и технологичным упрочнителем.

Высокой жаропрочностью обладает проволока из тугоплавких металлов (Mo, W, Ta). Высокие прочностные свойства такой проволоки сохраняются до 1200-15000С, и поэтому ее применяют для армирования жаропрочных матриц.

Малой плотностью и большой удельной прочностью обладает проволока из бериллия. Ее применяют для армирования матриц, обладающих малой плотностью, т.е. на алюминиевой, магниевой или титановой основах.

Для армирования металлических и полимерных матриц широко используют борные волокна. Они характеризуются высокой прочностью, малой склонностью к нарушению при повышении температуры. В настоящее время наряду с чисто борными волокнами выпускают волокна бора, сплетенные стекловолокном. Такие комбинированные волокна обладают более высокой устойчивостью.

Керамические непрерывные волокна: стеклянные, кремнеземные, стеклянные и кремнеземные волокна с металлическими покрытиями, жаропрочные поликристалличские волокна, углеродные, борные и карбидокремниевые волокна.

Высокими прочностью, удельной прочностью и термической стабильностью механических свойств отличаются высокомодульные углеродные волокна. В зависимости от вида исходного продукта углеродные волокна могут быть в виде нитей, жгута, тканных материалов, лент, войлока. К достоинствам углеродных волокон относятся высокие теплопроводность, электропроводность, коррозионная стойкость, стойкость к тепловым ударам, низкие коэффициенты трения и линейного расширения.

Керамические волокна оксидов, нитридов, карбидов характеризуются высокими твердостью, прочностью, модулем упругости, относительно невысокой плотностью и высокой стабильностью.

Стекловолокно характеризуется сочетанием высокой прочности, теплостойкости, диэлектрических свойств, низкой теплопроводности, высокой коррозионностойкостью.

Таблица 10.1

Свойства волокон и нитевидных монокристаллов.

  Материал Температура плавления или размягчения, 0С   , т/м3   , МПа   , км   , ГПа Средний диаметр волокна, мкм
Волокна
Углерод или графит 1,6-2 1687-3374 110-210 216-677 5,8-7,6
Бор на вольфрамовой проволоке 2,63 2707-4060 110-160 373-402 102-142
Борсик на вольфрамовой проволоке 2,77 2707-4060 100-160 373-412
Карбид кремния на вольфрамовой проволоке 3,35-3,46 2236-3893 67-120 492-471
Оксид алюминия Al2O3 3,14
Стекло - 2,5 89,3 -
Бериллий 1,85 981-1100 38-54 125-130
Вольфрам 19,3 1657-3207 9-17 51-1270
Сталь 18Х15Н5АМ3 - 7,8 3500-3800
Нитевидные монокристаллы
Сапфир, Al2O3 2040* 3,96 4021-23634 110-620 402-1010 0,51-11
Карбид кремния 2690* 3,22 13533-40600 440-1320 441-1010 0,51-11

 

* Температура разложения.



Дата добавления: 2017-01-26; просмотров: 2768;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.007 сек.