УДК 547.422 (Караганда, КарГТУ)
(Караганда, КарГТУ)
(Караганда, КарГТУ)
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ УПРОЧНЯЮЩИХ ВОЛОКОН С МАТРИЦЕЙ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ
Достоверный анализ поведения компонентов в различных условиях внешнего нагружения нельзя провести без учета явлений, имеющих место на границе раздела между матрицей и упрочняющими элементами. Эти явления должны учитываться при разработке новых материалов, при выборе технологических процессов производства композиционных материалов. Одним из основных условий, которые необходимо соблюдать при производстве высококачественных композиционных материалов, является недопущения растворения волокон в матрице и их термического разупрочнения.
Идеальный композиционный материал согласно теоретическим представлениям реализуется как идеальная механическая связь (без каких либо дефектов) в переходной зоне.
Переходная зона, а пределах которой имеют место физико-химическое и механическое взаимодействие между матрицей и упрочнителем, играет огромную роль в формировании комплекса важнейших механических свойств получаемых композиционных материалов. Учитывая это, переходную зону можно рассматривать как особую составляющую композита, обладающую специфическими свойствами, отличными от свойств матрицы и упрочнителя. Отрицательное влияние взаимодействия волокна и матрицы может проявляться в развитии рекристаллизационные процнссов в волокне и егоразупрочнении, охрупчивании волокон, образовании хрупкого слоя между волокном и матрицей. С целью обеспечения высокого уровня механических свойств композиционного материала необходимо ограничить развитиеотлоченных выше негативных процессов как во время получения композитов, так и в процессе эксплуатации изделий, изготовленных из них.
Говоря о поверхности раздела в композиционных мтаериалах, нужно учитывать, что в действительности речь идет о зоне определенной толщины, в которой осуществляется взаимодействие матрицы и упрочнителя.
А. Меткалф дал следующее определение поверхности раздела, имеющейся в композиционнном материале. Поверхность раздел-это область значительного изменения химического состава композита, обеспечивающая связь мтарицы и упрочнителя, необходимую для передачи нагрузок между составляющими композиционного материала.
Важное требование, предъявляемое к поверхностям раздела в композиционных материалах, - их стабильность. Это проблема особенно актуальна при разработке высокотемпературных композитов (материалов работающих в условиях повышенной диффузионной активности химических элементов).
Установлено, в композитах могут сформироваться разнообразные типы поверхностей раздела. В соответствии с этим композиты могут быть разделены на три класса:
1. материалы, в которых волокно и матрица взаимно нерастворимы и нереакционно-способны (не возникает новых химических соединений); например: Cu-W, Cu-Al2O3 и др.
2. материалы, в которых волокно и матрица нереакционно-способны, но растворимы, но растворимы; например: Cr-W, Ni-C и др.
3. материалы, в которых волокно и матрица реакционно-способны; например, Ti-W, Al-C (выше t ? 970? C) Ti - Al2O3 и др.
Важнейшими фактором, определяющим строение и свойства поверхности раздела, является технология, использованная для получения композиционного материала. Прежде всего нужно думать о температуре нагрева волокна и матрицы в процессе их совмещения, о длительности действия повышенных температур, о степени деформации материала (при использовании технологических процессов, основанных на обработке материалов давлением).
А. Меткалф выделяет следующие виды связей
1. механическую;
2. связь путем смачивания и растворения;
3. оксидную;
4. реакционную;
5. обменно-реакционную;
6. смешанную
Главная функция поверхности раздела заключается в передачи нагрузки от матрицы к упрочнению при различных способах нагружения композита в течение всего времени его существования.
Литература
Волокнистые композиционные материалы с металлической матрицей. , , и др.- М.: Машиностроение, 1981 г. Волокнистые композиционные материалы. Под ред. -М.: Мир 1967 г. Новые материалы. Состояние, проблемы, перспективы. – М.: МИСИС, 1995 г.