Волокна углерода, бора, карбида кремния, металлическая проволока, нитевидные кристаллы

1. Волокна углерода относятся к числу перспективных армирующих элементов в свя­зи с низкой плотностью (1400... 2000 кг/м3), высокими пределом прочности при растя­жении (до 3500 МПа), модулем упругости (до 700 000 МПа) и малым диаметром во­локон (5... 12 мкм). Волокна углерода имеют относительно высокую химическую стойкость к атмо­сферным условиям и некоторым кислотам (серной, азотной, соляной), что определяет их долговечность при хранении, а также долговечность КМ на их основе. Термо­стойкость при длительной эксплуатации не превышает 400 °С. К недостаткам угле­родных волокон следует отнести низкую прочность на сжатие, химическую актив­ность при взаимодействии с расплавлен­ными металлическими матрицами и ма­лую смачиваемость.

Для получения волокон углерода в ка­честве сырья используют органические волокна из вискозы (целлюлозные искус­ственные волокна) и полиакрилнитрила (поливиниловое синтетическое волокно), которые получают выдавливанием поли­мера в вязкотекучем состоянии через фильеры определенного размера. В каче­стве сырья используют также пеки из ка­менноугольной смолы или нефти.

2. Волокна бора характеризуются низкой плотностью (2400... 3000 кг/см3); прочно­стью при растяжении (до 3800 МПа) и модулем упругости (до 400 000 МПа). В промышленных условиях возможно изготовление волокон диаметром 75... 200 мкм. Высокая температура плавления бора (2050 °С) определяет как термостойкость волокон бора, так и высокую поверхност­ную энергию, необходимую для обеспече­ния хорошей смачиваемости.

Их получают осаждением бора из газовой смеси водорода и треххлористого бора на нагреваемую вольфрамовую проволоку (диаметром 10... 12 мкм). В результате осаждения образуется сердечник из боридов вольфрама (диаметром 15... 17 мкм), вокруг которого располагается слой поликристаллического бора.

BCl₃ + H₂

3. Волокна карбида кремния определя­ются следующими физико-механически­ми характеристиками: плотностью 3200... 3500 кг/м3, прочностью при растяжении 1700... 2500 МПа, модулем упругости 450000... 480000 МПа. Они жаростойки и жаропрочны. Высокая химическая стойкость к атмо­сферным воздействиям, практическое от­сутствие реакции между материалами матрицы и волокнами и хорошая сма­чиваемость.

Волокна карбида кремния получают в вертикальных реакторах по аналогичной схеме, как и при получении волокон бора. Сердечником при этом служат вольфра­мовая проволока или пековые моноволок­на углерода.

4. Металлическая проволока. Для армирования КМ исполь­зуют проволоки из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей, характери­зующихся высокими физико-механическими свойствами. В последнее время ши­роко используют проволоки из вольфра­мовых и молибденовых сплавов.

5. Нитевидные кристаллы ("усы") - тонкие короткие волокна с монокристаллической структурой. Технологически возможно получение кристаллов диамет­ром до 10 мкм и длиной до 10 мм. Харак­терно, что прочность "усов" резко возрас­тает с уменьшением диаметра.

Известны самородные волокнистые кристаллы Au, Ag, Cu, Sn, Pb, S, различных окислов и силикатов. Наиболее важное свойство — уникально высокая прочность, в несколько раз превосходящая прочность массивных моно- и поликристаллов. Получение: физическое испарение с последующей конденсацией, осаждение из газовой фазы при участии химических реакций, кристаллизация из растворов, направленная кристаллизация эвтектических сплавов, выращивание на пористых мембранах и др.

6. Стекловолокно́ — волокно из тонких стеклянных нитей. В такой форме стекло демонстрирует необычные для стекла свойства: не бьётся и не ломается, а вместо этого легко гнётся без разрушения. Стекловолокно — это армирующий элемент, который обеспечивает стеклопластикам большую прочность и стойкость против ударов. Стекловолокно получается из расплавленной стеклянной массы специального состава, протянутой через мельчайшие отверстия — фильеры. Оно имеет микроскопический диаметр около 10 мкм, очень высокую прочность, достигающую 2000 МПа, и применяется в рубленом или непрерывном виде.