Реферат: «Композиционные материалы на керамической основе » (стр. 2 )

КЕРАМИКА ИЗ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ И АРМИРОВАННАЯ КЕРАМИКА

Керамика обладает сравнительно низ­кой прочностью при растяжении, недостаточными удар­ной вязкостью и термостойкостью. Использование поло­жительных свойств керамики в современных устройствах, работающих при высоких температурах, предполагает предварительное устранение этих недостатков. На это и направлены широко проводимые в настоящее время ра­боты по армированию керамики металлическими волок­нами.

Армирование конструкционного материала волокнами, имеющими большую, чем сам материал, прочность при растяжении, обычно производится в целях усиления спо­собности матрицы нести нагрузку. В таком случае при­кладываемая к системе нагрузка воспринимается в ос­новном высокопрочными волокнами. При этом необходи­мо, чтобы между керамикой и волокнами существовала достаточно прочная связь. Большое значение в данном случае имеют коэффициенты термического расширения керамики и металла.

Наряду с правильно подобранной комбинацией мате­риалов большое значение имеет геометрия волокон и их ориентация в основном материале. Расположение воло­кон в материале может быть беспорядочным или ориентированным, что и определяет прочность компо­зиции.

Муллитовую, циркониевую и глиноземистую керамику армируют, например, молибденовыми и вольфрамовыми волокнами.

Большой интерес представляет также армирование керамических покрытий. Армированные тугоплавкие ке­рамические покрытия благодаря своей большой толщине защищают подложку из конструкционного металла гораз­до лучше, чем керамические покрытия без арматуры. В качестве армирующих элементов с успехом применяют проволочные сетки, гофрированные полоски или прово­локу.

Армированные керамические покрытия успешно ис­пользуются в качестве внутренней облицовки камер сго­рания, плазменных камер, нагревательных печей.

Особый интерес для многих областей техники пред­ставляют температуроустойчивые волокна. Так, находят применение следующие устойчивые неорганические во­локна с температурой плавления 1750—1800°С: кварце­вые—99,9% SiO2, кремнеземные—96—98% Si02, кера­мические каолинового состава 50% SiO2 и 50% А12Оз. Они обеспечивают теплоизоляцию агрегатов при темпера­турах до 1200°С (длительная эксплуатация) и даже до 2000° С (кратковременные испытания), сохраняют ста­бильными электрические свойства вплоть до температу­ры 700° С, обладают низкой теплопроводностью как при комнатной температуре, так и при 1000—1500° С.

В последние годы ведутся работы по получению воло­кон на основе окиси алюминия.

Разработан материал на основе кварцевого волокна, названный «дайнакварц» и состоящий из 99% кварцевых волокон, спрессованных и обожженных в легковесные по­лужесткие пластины или блоки. Этот материал сохраня­ет стабильность своих размеров во время длительной вы­держки при 1500°С и кратковременной — при 1650° С.

Замечательным материалом для ракетно-космической техники является другой материал на основе кварцевого волокна — «астрокварц», состоящий на 99,95% из SiO2. Кварцевые волокна пропитываются фенольной смолой, затвердевающей в течение часа при 140°С и давлении 7 кГ/см2. Материал обладает хорошими теплоизоляцион­ными свойствами, высокими прочностью, пластичностью, не плавится при температурах выше 1650°С и испаряется только при 1980° С.

Большой теоретический и практический интерес пред­ставляют нитевидные монокристаллы, имеющие минимум дефектов кристаллической решетки и обладающие проч­ностью на растяжение порядка 100000 кГ/см2. Пока уда­ется получать нитевидные монокристаллы длиной от 2—3 до 25 мм и толщиной от 0,05 до 2 мк. Такие кристал­лы получены из железа, олова, золота и других металлов, из некоторых соединений германия, карбида кремния, графита, сульфидов. Особый практический интерес пред­ставляет проблема получения монокристаллов из огне­упорных окислов: А12О3, MgO, BeO, ZrO2, MoO3, Nb2O3, TiOo, SiO2 и др.

Существуют различные способы получения нитевид­ных кристаллов: кристаллизация из газовой фазы и рас­плавов, пластическое течение, раскалывание кристаллов по плоскости спайности.

Нитевидные кристаллы карбида кремния имеют проч­ность 210000 кГ/см2, окиси магния — кГ/см2. Прочность на изгиб нитевидных кристаллов окиси бе­риллия составляет 150000 кГ/см2.

Дальнейшее усовершенствование технологии изготов­ления монокристаллических волокон из тугоплавких ма­териалов с высоким модулем упругости откроет широкие перспективы для получения сверхпрочных материалов.

Нитевидные кристаллы могут быть использованы в качестве армирующих материалов подобно стекловолок­ну при производстве стеклопластиков.

АРМИРОВАНИЕ КЕРАМИКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ВОЛОКНОМ

Характерные особенности керамических материалов — их жа­ропрочность, большая тугоплавкость, высокая прочность при сжатии и хорошая коррозионная стойкость. Эти свойства весь­ма желательны при выборе конструкционного материала, способ­ного выдерживать рабочую температуру до 1650°С и даже не­сколько выше. Благодаря этим свойствам керамические материа­лы уже веками применяются в металлургических и обжиговых печах, а также в других устройствах, где требуются огнеупорные материалы. В наше время, предъявляют к керамике новые требования — высокий предел прочности при растяжении и должное сопротивление вибрациям, механическим и тепловым ударам. Но керамика как раз обладает сравнительно малой прочностью при растяжении, недостаточной ударной вязкостью и термостойкостью, в чем состоит крупный недостаток этого мате­риала. Поэтому использование положительных свойств керамики в современных устройствах, работающих при высоких темпера­турах, предполагает предварительное устранение этих ее недос­татков. На это и нацелены исследования по армированию керами­ки металлическим волокном.

Из анализа недостатков керамики непосредственно вытекает, что понятие «армирование» надо трактовать как упрочнение ке­рамики в самом широком смысле этого слова, а не только как по­вышение способности материала нести нагрузку. Хотя в настоя­щей главе рассматривается главным образом армирование ме­таллическим волокном, здесь же охватываются металлические ленты и соты, поскольку их тоже применяют для армирования керамики.

Армирование конструкционного материала волокнами или ни­тями из другого материала, более прочного при растяжении, обычно проводится в целях усиления способности матрицы нести нагрузку. Поскольку в этом случае прикладываемая к системе нагрузка распределяется в основном на высокопрочные волокна, относительно «слабая» матрица ставится в облегченные условия. Подобное перераспределение нагрузки достигается в пневматических шинах, пластиках, армированных стекловолокном, и метал­лах, содержащих высокопрочные усы, что положительно сказы­вается на эксплуатационных качествах таких материалов. Одна­ко введение высокопрочных волокон в относительно непрочную керамику не всегда приводит к созданию композиции с более вы­соким пределом прочности при растяжении, чем у самой керами­ки. В ряде случаев это ведет фактически к ослаблению компо­зиции.

Основная причина неудач при попытках добиться повышения прочности керамических материалов путем армирования скрыва­ется в сочетании малой прочности при растяжении с высоким мо­дулем упругости, присущем большинству таких материалов. И действительно в этом случае при напряжении разрушения ке­рамики удлинение матрицы будет недостаточным для того, что­бы передать значительную часть нагрузки армирующим элемен­там, так что композиция разрушится, если только объемное содержание волокна не сделать исключительно высоким. Эту трудность можно в известной мере преодолеть путем выбора ар­мирующего материала с очень высоким модулем упругости. Дру­гое и, возможно, более удовлетворительное решение этой задачи сводится к созданию предварительной напряженности волокон в керамической матрице. Его можно осуществить при условии, ес­ли армирующий материал расширяется при нагревании сильнее матрицы. Если такую систему перевести в «ненапряженное» со­стояние при высокой температуре, то в процессе остывания в во­локнах возникнут напряжения. Оба варианта решения требуют, конечно, чтобы между керамикой и волокнами существовала до­статочно прочная связь, необходимая для должного перераспре­деления нагрузки.

Если керамика расширяется при нагревании сильнее арми­рующего материала, то попытка сделать прочность композиции больше, чем у неармированной керамики, может закончиться не­удачей. В такой композиции растягивающие напряжения в кера­мике при охлаждении возрастают. Это обычно приводит к обра­зованию микротрещин, распространяющихся в матрице от волок­на к волокну. И хотя такие микротрещины не нарушают целостности композиции, они могут привести к тому, что предел прочности при растяжении композиции станет ниже, чем у неар­мированной керамики.

Ударная вязкость керамики, армированной металлическими нитями, обычно намного выше, чем у неармированной керамики. Это обусловлено совокупным действием двух механизмов. Во-первых, волокна воздействуют на распределение механического напряжения, уменьшая концентрацию напряжений в керамике. Во-вторых, даже если волокна не могут предохранить керамику от растрескивания под действием сильного удара, они тем не ме­нее ограничивают распространение трещин и предотвращают катастрофическое разрушение конструкции, которая часто еще способна работать, несмотря на растрескивание.

Подобным же образом термостойкость керамики, армирован­ной металлическими нитями, намного выше, чем у неармирован­ной керамики, даже для композиции, в которых возникли микро-трещины. Металлические нити, по-видимому, обеспечивают рас­пределение термических напряжений и ограничивают распространение трещин в основном таким же образом, как и в случае механического удара. Интересно отметить, что для дости­жения одинаковой термостойкости в керамику необходимо ввес­ти в три раза больше металлического порошка, чем волокон с от­ношением длины к диаметру не ниже 20:1.

Армирование керамических изделий. Предметом исследований явились металлические армирую­щие элементы трех основных видов для керамики: нарезанные волокна, металлический войлок и сплошные сетки или металли­ческие нити.

Нарезанные волокна получают мерной резкой связок проволо­ки или сплошных нитей обычно диаметром от 25 до 150—200 мк. Например, промышленная стальная проволока имеет диаметр до 150 мк и предел прочности при растяжении 315 кг/мм2. Проволо­ки из других интересующих нас металлов и сплавов, например из хастеллоя-С, Рене-41, молибдена и вольфрама, выпускаются та­кой же толщины и с такой же прочностью. К сожалению, нерав­номерность трения, обусловленная несовершенствами фильер и загрязнениями, весьма затрудняет выпуск проволоки диаметром менее 25 мк обычными методами. Короткие металлические нити, или усы, очень малых диаметров получались, по крайней мере в экспериментальных количествах, различными химическими или электролитическими методами. Однако в литературе нет сведе­ний о применении усов для армирования керамических компо­зиций.

Металлический войлок, как правило, состоит из твердой упру­гой стружки из стали или другого металла длиной до 1 м. Такая стружка, обычно многогранного сечения, по большей части в фор­ме трапеции, имеет острые кромки. Промышленные предприятия выпускают металлический войлок из стружки в поперечнике от 50—75 мк до 2 мм.

Исследовались и различные армирующие элементы из непре­рывных нитей, начиная от проволочной сетки и кончая металли­ческими сотами.

В виде нарезанных волокон использовались такие металлы, как сталь, молибден, вольфрам, тантал, нихром, ниобий, Рене-41, цирконий, циркалой-2 и платина. Длина применяющегося волок­на находилась в пределах от 76,2 до 1,6 мм, но в большинстве случаев составляла менее 25 мм.

Изучались различные концентрации металлических волокон; в некоторых композициях концентрация волокна доводилась до 50% по объему. Улучшение свойств при растяжении с ростом кон­центрации волокна иллюстрируется данными, полученными при армировании электрических изоляторов вольфрамовой проволо­кой диаметром 50 мк, нарезанной па куски длиной по 3,2 мм. Весовой состав керамики был следующим: 50% каолина, 30% кремнезема и 20% полевого шпата F-4. Керамику подвергли об­жигу для защиты вольфрамовых волокон от окисления в процес­се изготовления. Кривые напряжение-деформация для таких композиций:

Если концентрация волокна превышает 40%, то сопротивление растяжению заметно ухудша­ется. Снижение прочности композиции объясняется, по-видимому, тем, что с ростом концентрации волокна плотность композиции становится гораздо меньше теоретической.

Рассматриваемые композиции являют собой хороший пример использования металлических волокон с высоким модулем для придания прочности при растяжении, превосходящей прочность неармированной керамики. Хотя коэффициенты теплового рас­ширения волокна и матрицы в этом случае достаточно близки друг к другу, чтобы предотвратить сколь-либо заметное предва­рительное напряжение волокна, модуль волокна относится к мо­дулю керамики приблизительно как 5:1. Поэтому волокно ока­зывается в состоянии воспринять на себя значительную часть об­щего напряжения даже при малых удлинениях, которые допускает керамика до своего разрушения. Конечно, эффектив­ность волокна, даже обладающего высоким модулем, можно по­высить, если его подвергнуть предварительному напряжению в матрице. Это делает долю общего напряжения, воспринимаемую волокном, еще больше, повышая тем самым предельное растя­гивающее напряжение композиции.

По-видимому, существует также определенная взаимосвязь между концентрацией волокна и прочностью после испытания на термостойкость.

Данные о прочности керамики окись алюминия – муллит при армировании волокнами вольфрама

Размеры волокна, мм	Объёмное содержание волокна, %	Предел прочности до испытания на термостойкость, кг/мм2	Предел прочности после четырёх циклов нагрева(1200оС), кг/мм2
0,053,2	0 4,2 10 20 30	15,1 16,8 16,0 16,6 18,1	0 1,0 13,9 14,6 21,5
0,0512,7	10 20	10,2 18,5	8,3 22,2
0,253,2	10 20	14,3 10,9	8,0 8,8
0,2512,7	10 20	15,0 13,3	6,2 10,5

Из этих данных, отражающих па сегодняшний день результаты наиболее систематических исследовании по этому вопросу, следует, что повышение концентрации молибде­нового волокна не дает большого прироста прочности, но значи­тельно повышает сопротивление тепловым ударам. Всякие по­пытки установить взаимосвязь между концентрацией волокна, его диаметром и длиной выявляют те или иные аномалии. Но если исходить из определенной концентрации волокна, то чем длиннее волокно и чем меньше его диаметр, тем выше термостойкость композиции. То обстоятельство, что молибденовые волокна не повышают уровня исходной прочности керамики, состоящей из окиси алюминия и муллита, объясняется, вероятно, тем, что ко­эффициенты теплового расширения у керамики и металла почти одинаковы, вследствие чего волокна нельзя перевести в предва­рительно напряженное состояние.

Как уже отмечалось, если керамика расширяется при нагре­вании сильнее металла, то в ней образуются микротрещины, в результате чего механическая прочность композиции становится меньше, чем у неармированной керамики. С другой стороны, когда имеется обратная картина, можно добиться заметного по­вышения механической прочности. Это весьма хорошо иллюстри­руют результаты, достигнутые при армировании ряда керамик произвольно распределенным молибденовым волокном в количе­стве 10 % по объему.

Модули упругости некоторых тугоплавких окислов и композиций на их основе при армировании молибденовым волокном.

Основные составляющие	Модуль упругости, кг/мм2
6ZrO2.CeO2 Композиция	5740 13720
ZrSiO4 Композиция	9800 14420
3Al2O3.2SiO2 Композиция	13160 13160
ThO2 Композиция	25480 18830
MgO Композиция	24290 11410

Особый интерес представляет муллит (ЗА12О3•2SiO2), который по величине коэффициента теплового расши­рения очень близок к молибдену. Двуокись тория с более высоким коэффициентом теплового расширения, чем у молибдена, от введения металла заметно ослабляется, а в окиси магния это ослабление выражено еще сильнее.

Две последние композиции, указанные в таблице, называют композициями с «отрицательным предварительным напряжением» (так как в этих случаях в волокнах с более низ­ким коэффициентом теплового расширения, чем у матрицы, возникают сжимающие напряжения). В двуокиси тория между металлическими волокнами образуются заметные трещины, но целостность образца сохраняется. Расчеты показали, что тре­щины образуются в процессе охлаждения композиции в области температур 700—900° С. Испытания на термостойкость, прово­дившиеся путем нагревания образцов до 1000°С с последующим охлаждением в ртути, показали, что по термостойкости армиро­ванные образцы превосходят неармированную двуокись тория. Как установлено, модуль Юнга и предел прочности ком­позиции повышаются с температурой до максимального значе­ния при 650°С. Такое поведение, очевидно, обусловлено «самозалечиванием» микротрещин и снятием остаточных напря­жений в матрице. В прессованных порошках, содержащих более толстые или более длинные волокна, модуль Юнга с повышени­ем температуры возрастает больше, чем в таких же порошках с короткими тонкими волокнами.

Композиция на основе окиси алюминия с фосфатом в каче­стве связующей добавки, армированная волокнами диаметром 50 мк и длиной 6,2 мм, обладала такой термостойкостью, что выдерживала три цикла нагревания до 1430°С с последующим охлаждением в воде.

Армирующие элементы из непрерывной нити, успешно ис­пользующиеся для армирования керамических изделий, можно в большинстве случаев рассматривать как сетки. Сюда входят про­волочные ткани, структуры из непрерывных нитей и соты. В на­стоящее время, по-видимому, к обмотке керамических изделий снаружи металлическими нитями не прибегают. Армирование композиций непрерывными нитями или сеткой является по су­ществу просто расширением понятия армирования нарезанным волокном, а принципы армирования этими двумя типами мате­риалов уже изложены в литературе. Главным различием между керамикой, армированной нарезанными волокнами, и керамикой, армированной сеткой, являются размеры и форма армирующих элементов и типы керамических смесей.

Основные принципы армирования керамических изделий ме­таллической сеткой можно сформулировать следующим обра­зом:

1. Коэффициенты теплового расширения металла и керами­ки должны соответствовать друг другу. Однако оптимальное соотношение в этом случае не так ясно, как для системы с на­резанными волокнами, поскольку для системы, армированной сеткой, важным фактором является конечная форма компо­зиции.

2.  Расстояния между металлическими армирующими элемен­тами в матрице должны быть такими, чтобы свободные проме­жутки образовывали неармированные керамические столбики, прочность которых достаточна для выдерживания термических и механических нагрузок. В то же время эти расстояния должны быть не настолько большими, чтобы возникал температурный градиент, приводящий к растрескиванию. Установлено, что оптимальная величина свободного промежутка должна лежать в
пределах от 3,17 до 6,35 мм.

3.  Форма армирующих металлических элементов и их раз­мещение в матрице не должны создавать в ней ослабленных мест, расположенных по одной линии, вдоль которой могут рас­пространяться трещины.

4.  Толщина армирующего металла не должна превышать величину, с переходом которой металл перестает быть гибким, когда керамика находится под действием термических и меха­нических напряжений. В настоящее время в качестве армирую­щих элементов успешнее всего применяются сотовые ячейки высотой 12,7 мм и с толщиной стенки 0,25 мм и проволочная
сетка с диаметром проволоки 0,5 мм.

5.  Керамика должна иметь такой уровень пористости, кото­рый позволяет ей действовать подобно мозаике при изгибах, вызванных термическими или механическими напряжениями. Показано, что оптимальной величиной пористости надо считать 20—40%.

Опубликовано очень мало данных о композициях, армиро­ванных сеткой. Они оценены только с точки зрения термостой­кости. В тех случаях, когда при разработке композиции соблю­дались указанные выше критерии, термостойкость обычно была очень высокой.

Армирование керамических покрытий. Армированные тугоплавкие керамические покрытия благода­ря своей большой толщине защищают подложку из конструк­ционного металла гораздо лучше, чем керамические покрытия подобного же состава, наносимые пламенным напылением. Ар­мированные покрытия обладают малой плотностью и относятся к огнеупорным покрытиям, так как способны выдерживать ра­бочие температуры свыше 1100оС. Они состоят из подходящей тугоплавкой керамической матрицы и армирующего металла, который скрепляется с металлической основой.

Типичными матричными материалами служат неорганиче­ские окислы металлов, например окиси алюминия, хрома или циркония. Столь же успешно в качестве керамических наполни­телей могут применяться и такие достаточно тугоплавкие ма­териалы, как сложные окислы, нитриды, карбиды, силициды и интерметаллиды. В качестве армирующих элементов с успе­хом применяют проволочные сетки, гофрированные полоски или различные тянутые металлы.

Типичные армирующие элементы

Металлические армирующие элементы выполняют ряд сле­дующих важных функций:

1) соединяют керамическое покрытие с металлической осно­вой (армирующие элементы связываются с основой механиче­ским путем);

2)  в значительной мере воспринимают на себя термические напряжения, возникающие вследствие неодинакового теплового расширения основы и покрытия;

3)  распределяют термические и механические напряжения параллельно и перпендикулярно поверхности, предохраняя тем самым покрытие от катастрофического разрушения;

4)  ограничивают и направляют распространение трещин в керамике;

5)  связывают между собой растрескавшиеся участки и пре­пятствуют разрушению покрытия.

Толщина покрытий, армированных гофрированными полоска ми, доходит до 76.2 мм. Обычно металлические полосы получа­ются прокаткой проволоки или нарезаются из фольги. Этим полосам придают почти полусинусоидальную форму. Гофри­рованная полоса имеет короткие плоские участки между греб­нями для упрощения ее крепления с металлической основой посредством точечной сварки. Применяются полосы толщиной 0,25—0,5 мм, шириной около 3 мм и различной длины. Высота гребня изменяется в соответствии с толщиной покрытия, необ­ходимой в каждом конкретном случае, а расстояние между ними составляет 4,0, 7,9 и 12,7 мм. Гофрированные полоски можно делать из всякого сваривающегося металла. Кроме малоугле­родистой и нержавеющей стали в этих целях исследовались тугоплавкие металлы (молибден, тантал, ниобий и вольфрам).

Были проведены испытания покрытия из двуокиси циркония, стабилизированной окисью кальция. В качестве связующего поль­зовались кремнефтористоводородной кислотой. Покрытие было армировано гофрированной танталовой полосой шириной 3,2 мм и толщиной 0,25 мм. Общая толщина покрытия составляла 6,35 мм. Испытания проводились при температурах свыше 2600°С, причем покрытие выдерживало многократные циклы на­грева и охлаждения общей продолжительностью свыше 1 часа. Температурный градиент составлял около 6 град на 0,1% толщины при температуре на поверхности свыше 2600°С.

Покрытие толщиной 6,35 мм из двуокиси циркония с добав­кой фосфата в качестве связующего, армированное гофрирован­ной полоской из молибденового сплава шириной 3,2 мм и тол­щиной 0,25 мм, показало в струе плазмы, обтекающей поверх­ность, перепад температуры 1260°С. Если наружная сторона при установившемся режиме нагревалась до 2300°С, то внутренняя поверхность покрытия имела температуру лишь 1040°С. Это покрытие было испытано на термостойкость при охлаждении от температуры 2300 до 538°С со скоростью 343 град/сек и от 538°С до комнатной температуры с несколько меньшей скоростью. По­крытие выдержало семь таких циклов.

Успешно применялись для армирования керамических по­крытий и металлические соты. В качестве матрицы с сотами из инконеля и платины брали двуокиси циркония и тория и окись алюминия. Очень хорошим покрытием при температуре около 430°С оказалась композиция из окиси алюминия с добавкой связующего, частично наполненная волокнистым изоляционным материалом и армированная сотами из инконеля, скрепленными с металлической основой. Такая композиция толщиной 12,7 мм имела температурный градиент 760°С, когда температура нагре­той поверхности составляла 1650° С. Химически связанная двуокись циркония, армированная платиновыми сотами с соответ­ствующими размерами ячеек, обнаружила отличную термостой­кость при работе в области температур около 2300°С.

МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Керамические изделия. Существует два основных способа изготовления керамических изделий, армированных металличе­скими волокнами,— горячее прессование и шликерное литье. По­пытки изготовить эти композиции холодным прессованием и спеканием успехом не увенчались. Металлические волокна, бу­дучи относительно жесткими, не позволяют керамической пудре уплотняться равномерно. К тому же волокна, деформируемые при холодном прессовании, имеют тенденцию к упругому после­действию после снятия давления, что в дальнейшем приводит к образованию дефектов уплотнения.

Горячее прессование обеспечивает «ненапряженное» состоя­ние композиции при температуре спекания. Этот способ сводится к прессованию смеси керамического порошка с металлическими волокнами под давлением от 140 до 350 кг/см2 и последующей выдержке при температуре спекания до максимального уплотне­ния керамики. В процессе горячего прессования волокна рас­полагаются в плоскостях, перпендикулярных направлению уси­лия прессования, но в самих этих плоскостях они ориентируются произвольно.

Серьезная трудность, связанная со способом горячего прес­сования, заключается в необходимости обеспечения хорошего перемешивания керамического порошка с металлическими во­локнами. Самое хорошее перемешивание достигается, по-види­мому, при некотором своеобразном способе утряски, которая получается в смесителе типа двойного конуса или в смесителе со сдвоенным барабаном. В смесителях скользящего действия, например в шаровых мельницах или барабанных смесителях, происходит расслоение смеси и перепутывание волокон. Длина волокна, по-видимому, оказывает заметное влияние на степень агломерирования волокон: чем короче волокна, тем меньше сте­пень агломерации. Однако при выборе длины волокна необходимо иметь в виду, что отношение длины волокна к его диаметру должно составлять не менее 20:1, поскольку именно такая величина, как установлено, является оптимальной при армировании волок­нами.

Шликерной отливкой керамической матрицы пользуются в настоящее время в меньшей степени, чем горячим прессованием.

Однако этот способ весьма перспективен при изготовлении ком­позиций с большей концентрацией армирующего металлического волокна и крупных изделий сложной формы, когда необходимо удешевить их производство.

Существуют две выгодные разновидности шликерного литья. Первая из них заключается в смешивании нарезанных таллических волокон с керамической суспензией и заливке этой смеси в гипсовую форму с последующими операциями сушки и обжига композиций. Однако применимость этого способа огра­ничивается тем, что ввести нарезанные волокна в суспензию без образования комков удается только до 5% по объему. Так, при достаточном содержании твердого вещества в суспензии (око­ло 80% по весу) концентрация волокна в обожженной ком­позиции ограничивается приблизительно 20% по объему. Кроме того, этот способ, подобно горячему прессованию, предусматри­вает применение только нарезанных волокон. Надо отметить, что па долю нарезанных волокон падает большая часть общих рас­ходов по изготовлению композиции, армированной металличе­ским волокном. Обычная стоимость молибденовых волокон длиной от 3,2 до 12,7 мм составляет около 3,3 долл. за 1 кг прово­локи диаметром 250 мк и до 330 долл. для проволоки диаметром 25 мк.

Второй разновидности шликерного литья для изготовления керамики, армированной металлическим волокном, присуще то преимущество, что она допускает применение не только нарезан­ного волокна, но и металлического войлока, позволяя вместе с тем ввести в композицию больше металлического волокна. Сущ­ность этого способа состоит в том, что металлический войлок помещают в соответствующую форму и пропитывают керамиче­ской суспензией. Войлок можно сделать как из металлической ваты, так и из нарезанных волокон, которые сбиваются в войлок с помощью усовершенствованной технологии, применяемой при производстве бумаги. До пропитки керамической суспензией этот войлок можно спрессовать и спечь. По этому методу изго­товляли, например, композиции из эпоксидных смол, армирован­ные металлическим волокном. Он позволяет доводить концен­трацию волокна до 83% по объему, хотя в литературе и не при­водятся данные о максимальной концентрации волокна, достижи­мой в таких композициях.

Способы получения керамики, армированной металлическими волокнами

Волокно	Матрица	Способ изготовления
Mo	Li2O. Al2O3 8SiO2	Горячее прессование
Mo, сталь	Al2O3.ZrO2	Горячее прессование
Nb	Al2O3 + 30% Cr	Шликерное литьё
W, Mo, Th	Al2O3	Шликерное литьё
W, Mo	Каолин, кремний, полевой шпат, Al2O3, ZrO2, муллит, ThO2	Горячее прессование
W, Mo	муллит + 20% Cr	Горячее прессование
Mo	MgO, SiO2	Горячее прессование

Изготовление керамических конструкций, армированных не­прерывными нитями, например металлической сеткой, требует разработки технологии, несколько отличной от той, которая при меняется при армировании короткими волокнами, что объяс­няется главным образом различной величиной межволоконного промежутка. Подобным армирующим элементам обычно предварительно придают форму изготовляемой детали (например, пе­редней кромки крыла), а керамическую матрицу в виде густой пластичной тестообразной массы вводят затем путем заливки и подтрамбовки. Фактически керамику, армированную сеткой, из­готовляют в основных чертах так же, как и армированные туго­плавкие керамические покрытия, которые благодаря более ши­рокому их применению рассматриваются ниже несколько под­робнее. Изложенные ниже принципы применимы в большинстве случаев при изготовлении обеих систем.