Жароміцні композиційні матеріали

годин:

а - дріт без покриття; б- дріт захищений шаром окису

Значна стійкість проти окислення та газової корозії за високих температурах зумовлена утворенням тугоплавких окисних плівок Cr2O3 i NiCrO4. Якщо в сплавах є домішки Si та AI, то на поверхні виникають також сполуки А12О3, (SiO2 + аСr2О3) тощо. Ці плівки щільні, a тому запобігають дифузії кисню в об'єм сплаву та легуючих елементів в окалину. Як тільки окалина злущується, негайно в цьому місці виникає нова. Матеріал захищається автоматично. З цього погляду його можна назвати інтелектуальним. Сплави Mo, Nb та W жароміцні до 1473-1673 К, тому їх можна використати для армування жаростійких KM. На рис. 6, а показано, як біля поверхні вольфрамової дротини, розташованої в нікелі, утворюються нові фази. Це веде до втрати міцності. Отже, важливим завданням при створенні жароміцних KM є створення захисних покриттів на поверхнях волокон.

Оксидне покриття вольфрамового дроту, наприклад, захищає його від взаємодії з матрицею (рис. 6, б), тому не зменшується ні його діаметр, ані міцність. Фізхімія захисту покриттям волокон дуже складна. Так, оксидне покриття має бути з металу, атоми якого утримують атоми кисню міцніше, ніж вольфрамові. Тоді оксид не буде відновлюватись атомами вольфраму, покриття не розчинятиметься. В той же час потрібна взаємодія атомів вольфраму з атомами оксиду для того, щоб покриття мало міцне зчеплення з поверхнею вольфраму. Це стосується і взаємодії оксиду з матрицею. Крім того, покриття не повинно містити пори і має бути рівномірним за товщиною. Невизначеність явищ на границі волокно-матриця надзвичайно ускладнює теоретичне передбачення властивостей KM

Головні результати одержують методом проб і помилок. Технології втаємничені.

Одним із кращих сплавів для виготовлення волокон є сплав W-Re-Hf-C. За температури 1 473 К дріт має міцність  = 197 • 107 Па, а після 100 годин витримки = 91 • 107 Па. Міцніших дротів для 1473 К поки що не винайдено.

Яким має бути діаметр волокон у жароміцному KM? Досі ми стверджували, що волокна повинні бути якомога тоншими, бо існує масштабний ефект міцності. Крім того, важливим є не лише діаметр волокна, а й відношення довжини волокна до діаметра l/Dв. Це було правильним для температур, за яких немає хімічної взаємодії волокна з матрицею. За високих температур такої взаємодії уникнути важко. Дифузійний шлях X атома за час t визначається в найпростішому випадку формулою х2 = 2Dt (D - коефіцієнт дифузії). Якщо дифузія поширилась у волокно на відстань х, то площа поперечного перерізу волокна зменшилась на площу кільця (рис. 6, a) DBx.

Оскільки новостворена зона є часто неміцною, то волокно ослаблене. Воно може нести навантаження                    (3. 2)

Оскільки                                 (3. 3)

де D0- константа,

U- енергія активної дифузії,

К- стала Больцмана,

Т- температура.

Формула (3. 3) задає час роботи композиційного матеріалу при температурі T і допустимому ослабленні волокна. Ослаблення тим менше, чим коротший час t, чим менша температура T і більший діаметр волокна DB.

Для короткочасного використання KM треба брати тонкі волокна, бо вони мають велику міцність.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13