Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Химия

Волокнистые композиционные материалы с керамической матрицей  Просмотрен 226

Керамические материалы получают спеканием при 1500…2500°С оксидов, силицидов или соединений металла с углеродом, азотом, бором (карбидов, нитридов, боридов). Из оксидов чаще всего используют корунд (А12О3), Zr2О, из карбидов - карборунд (SiC), из нитридов - Si3N4. Все эти соединения имеют высокие температуры плавления (от 1800 до 2700°С), твердость и прочность (σв при 1000…1200°С около 500 МПа).

Керамические материалы отличаются высокой тепло-, жаро-, эрозионной стойкостью, поэтому они используются для изготовления ответственных тяжелонагруженных изделий (высокотемпературные подшипники, лопатки газотурбинных двигателей, детали двигателей внутреннего сгорания, носовые обтекатели ракет и т.п.). Однако они имеют низкую вязкость разрушения (в пределах от 1 до 5 МПа·м1/2 ), что резко ограничивает их применение. Создание на основе керамики КМ с вязким наполнителем позволяет шире использовать их в промышленности. Эффективным наполнителем керамики являются металлические волокна и нитевидные кристаллы, чаще всего SiC, Si3N4, которые замедляют распространение трещин в матрице, повышая вязкость разрушения КМ до 20 МПа/м1/2. Увеличение количества наполнителя повышает прочность и вязкость разрушения КМ. Подбирая композиции матрицы и волокон, можно существенно повысить сопротивление высокотемпературной ползучести, стойкость к термическим ударам.

Применение в двигателях внутреннего сгорания композиционного материала, состоящего из 70 % А12О3 и 30 % волокон Cr, позволило повысить рабочую температуру на 50%, что снизило расход топлива на 30 %.

Для лопаток газовых турбин применяют материалы на основе карбидов и нитридов Si, Ti, Zr. Такие лопатки способны выдерживать температуру 1600°С. КМ на основе оксида алюминия с нитевидными кристаллами Si используют для пластин режущего инструмента при обработке твердых металлических сплавов.

В связи с невысокой вязкостью разрушения применение керамических КМ пока что ограничено. Однако из соображений дешевизны сырьевых ресурсов, требующихся для изготовления таких КМ, и возможности их использования в высокотемпературных конструкциях, где они не имеют конкурентов, развитие этих материалов безусловно является перспективным.

Предыдущая статья:Волокнистые композиционные материалы с металлической матрицей Следующая статья:Свойства волокнистых композиционных материалов
page speed (0.0153 sec, direct)