Металлические композиты

Металлической матрицей композитов могут служить легкие металлы Al, Be, Mg, Ti и тугоплавкие металлы Ni, Co, Cr, а также их сплавы. При введении в матрицу упрочняющих элементов в виде дисперсных частиц либо волокон из различных материалов происходит значительное повышение характеристик механических свойств, жаропрочности, коррозионной стойкости, электрических свойств. Для получения заготовок и изделий из металлокомпозитов используют твердофазные методы (порошковая металлургия, обработка и сварка давлением), жидкофазные (литье, пропитка расплавом, газотермическое напыление), газофазные (химическое осаждение, вакуумно-конденсационное напыление).

Д и с п е р с н о - у п р о ч н е н н ы е композиционные материалы (ДКМ) могут содержать частицы оксидов, карбидов, нитридов, боридов размером менее 0,1 мкм, количеством в среднем 15%.

Алюминиевые ДКМ на основе технического алюминия с частицами Al₂O₃ наибольшим количеством 22% характеризуются как спеченный алюминиевый порошок (САП). Они обладают высокой прочностью (σ_в до 450 МПа) и коррозионной стойкостью, по длительной прочности при температурах до 500^оС превосходят все алюминиевые сплавы. Применяются САП при изготовлении химического оборудования, а также для деталей конденсаторов, обмоток трансформаторов, в других электротехнических устройствах. Спеченные алюминиевые сплавы (САС) также являются порошковыми и имеют алюминиевую основу с добавками Si в количестве до 30% и Ni в количестве до 7%. Они отличаются малым значением ТКЛР, высоким модулем упругости и применяются для получения легких, прочных деталей приборов. Алюминиевые ДКМ с добавками углерода содержат упрочняющие карбиды Al₄C₃, что придает им увеличенные показатели прочности и жаростойкости.

Никелевые ДКМ содержат в качестве матрицы никель либо никельхромовый или никельмолибденовый сплавы с включениями упрочняющих частиц диоксидов ThO₂ и HfO₂ в количестве до 4%. При этом достигается большая величина прочности (σ_в до 850 МПа) при высоких показателях жаропрочности, что позволяет применять никелевые ДКМ в химическом мишиностроении и в ракетостроении.

Бериллиевые ДКМ с оксидами и карбидами Ве обладают повышенной жаропрочностью и высоким коэффициентом рассеивания нейтронов, поэтому используются при изготовлении ядерных реакторов.

Магниевые ДКМ содержат оксиды MgO, отличаются малой плотностью и удовлетворительной жаропрочностью, применяются в авиационной, космической и ядерной технике.

Кобальтовые и хромовые ДКМ обладают высокой жаропрочностью и служат материалом для термонапряженных деталей двигателей и плазмотронов.

В о л о к н и с т ы е композиты в качестве армирующих элементов содержат металлические и неметаллические волокна. К металлическим элементам относится проволока из легированной стали, бериллия, вольфрама, молибдена, титана и их сплавов. Неметаллические волокна включают борные и углеродные нити, волокна из оксида алюминия, оксида циркония, нитевидные кристаллы оксида алюминия, нитрида алюминия, карбида кремния, нитрида кремния.

Алюминиевые композиты с матрицей из технического алюминия либо алюминиевых сплавов армируются стальной и бериллиевой проволокой, углеродными и борными волокнами в количестве до 50%. Для предотвращения химического взаимодействия с матрицей и улучшения адгезии борные волокна покрывают тонким слоем карбида кремния, получая волокно ״борсик״. Стальная проволока придает композитам высокие значения прочности (σ_в до 1700 МПа) и ударной вязкости (КСU до 930 кДж/м²), тепло- и электропроводности. Углеродные волокна обеспечивают минимальную плотность углеалюминия в сочетании с высокими прочностными характеристиками, борные волокна создают в композитах высокие значения предела выносливости и модуля упругости.

Магниевые композиты в качестве матрицы имеют деформируемые магниевые сплавы с упрочняющими борными или углеродными волокнами. Этим обеспечивается их наименьшая плотность и высокая удельная прочность, достигается длительная прочность при повышенных температурах.

Титановые композиты на основе технического титана либо его сплавов армируются проволокой из бериллия, вольфрама, молибдена, волокнами бора, карбида кремния, оксида алюминия, борида алюминия. Благодаря этому наряду с увеличенной прочностью композиты приобретают высокие показатели модуля упругости (Е до 210 ГПа) и жаропрочности до 800^оС.

Никелевые композиты создаются на базе матрицы из никеля либо никельхромового сплава с волокнами из вольфрамовой или молибденовой проволоки для получения длительной прочности при температурах до 1100^оС.

Волокнистые металлокомпозиты с малыми значениями плотности, высокими показателями прочности, тепло- и электропроводности, а также жаропрочности применяются для деталей конструкций, устройств и приборов аэрокосмического назначения, в производстве термонапряженных деталей двигателей.