Жароміцні композиційні матеріали

волокон можна вдосканалити, використавши вуглецеві волокна великого діаметра (100-200 мкм), наносячи на їхню поверхню захисні покриття нікелю, кобальту та складних сполук, що добре змочують волокно і матрицю та не пропускають до поверхні волокон кисень. Це суперечливі з точки зору фізхімії вимоги до покриттів. І важко, але необхідно, здолати ці протиріччя.

4. КОМПОЗИЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ З ТИТАНОВОЮ МАТРИЦЕЮ

Крила і хвостове оперення дозвукових літаків доцільно робити з алюмінієвих сплавів і КМ на основі пластмасової матриці. При надзвукових швидкостях внаслідок тертя об повітря та аеродинамічних ефектів температура поверхонь зростає нерівномірно, тому виникають термонапруги, а міцність матеріалу обшивки зменшується. В ідеальному газі (при тискові 105 Па і Т ~ 300 К) температура носової точки фюзеляжу перевищує температуру топлення заліза при швидкості (число Маха M = Vic, де V і с - швидкості об'єкту і звуку) і вольфраму при 9М. У реальному газі ці температури значно менші. Так, при 6М Т ~ 600 К. За цієї температури можуть працювати титанові сплави (з відомих легких і нешкідливих для довкілля).

При М > 1 змінюється і конструкція літака. Наприклад, потоншуються крила. Чим тонше крило, тим більше воно згинається під дією однакового навантаження. Щоб крило не згиналось, мають бути матеріали жорсткіші та міцніші, ніж алюмінієві сплави. Титан відповідає цим вимогам. При реальній міцності 105 • 107 Па титан рівноцінний (з урахуванням густини) високоякісній сталі з міцністю 210 • 107 Па. Перевага титану перед AI у тому, що він має малий коефіцієнт термічного розширення (Ті - 8,4•10-6; Al -23,9•10-6), близький до к. т. р. відомих волокон (В - 6,3-10-6, SiC - 4,0)

Тому в KM, створених на базі титанової матриці, малі термічні напруги. Значна жорсткість титанової матриці дозволяє менш щільно армувати КМ у позаосьових напрямах. Це ще одна перевага Ті перед Al.

Суттєвим недоліком Ті є його велика хімічна активність. При 673-873 К титан покривається захисною окиснонітридною плівкою. За вищої температури захисні властивості окалини втрачаються. Титан плавлять у вакуумі, нагріваючи його електронним променем, або в захисній атмосфері.

З борними волокнами титан взаємодіє, утворюючи диборид титану. Внаслідок цього міцність KM Ті-В набагато нижча за адитивну (п. 1. 15). Не рятують ситуацію і покриття борних волокон плівками SiC ("борсик"), В4С чи BN.

Швидкість реакції Ті з волокнами SiC менша, ніж з волокнами бору. Проте волокна SiC втрачають міцність внаслідок дифузії вуглецю в матрицю. При цьому ослаблюється і матриця. Швидкість реакції можна зменшити, використовуючи сплави Ті - 6 % Al - 4 % V, або Ті - 13 % V - 11 % Сr -3 % Al. Границя міцності таких KM σк ~ 100•10 7 Па, модуль пружності Ек ~ 25 000 • 107 Па (Vв ~ 28 % об. ) Матриця має ЕM ~ 11000 • 10 7 Па σм, ~ 80 • 107 Па. Вдвічі більша жорсткість КМ у порівнянні з матрицею дозволяє використовувати його для виготовлення лопаток компресорів реактивних двигунів.

Важливе завдання при виготовленні КМ на базі титанової матриці - скоротити час високотемпературного нагріву, щоб на границі волокно-матриця не

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