ВВЕДЕНИЕ

С каждым годом композиционные материалы привлекают внимание все более широкого круга специалистов. Сочетание в одном материале веществ с различными физико-механическими свойствами позволяет получать композиции, обладающие уникальными показателями прочности, термостойкости, износостойкости, эрозионной стойкости и др. Большие возможности для создания новых КМ открывает метод пропитки. Его широко используют при изготовлении армированных КМ, псевдосплавов и керметов.

Армированные металлические материалы начали разрабатывать около 20 лет назад, и одним из первых методов их получения была пропитка. Этим способом изготавливали КМ Сu—W, являющиеся классическим примером системы с практически взаимно нерастворимыми компонентами. На этой системе, а также на системах Ag—W, Сu—Mo исследовали закономерности упрочнения металлов волокнами. Позже интерес к методу пропитки несколько упал, так как материаловеды сосредоточили свои усилия на разработке твердофазных методов, позволяющих снизить температуру процесса и тем самым предотвратить или существенно уменьшить нежелательные межфазные явления в КМ с химически взаимодействующими компонентами. Однако с расширением производства углеродных волокон и попытками создания углеалюминия, КМ С—С и др. интерес к получению армированных КМ пропиткой вновь возрос, поскольку для КМ, армированных жгутами из тонких волокон, легко разрушающихся или теряющих большую часть своей прочности под действием давления прессования, этот метод оказался более приемлемым, чем твердофазная технология.

Армированные КМ в большинстве случаев являются анизотропными, причем анизотропия закладывается в них преднамеренно, она присуща им из-за того, что в качестве арматуры используют волокна, ориентированные в определенных направлениях (исключение составляют так называемые квазиизотропные КМ — хаотично армированные системы, в которых дискретные волокна располагаются статистически равномерно по всем направлениям, но на практике получить такие материалы сложно).

Псевдосплавы — это композиционные материалы, полученные в результате соединения в одном материале двух или более металлических компонентов различной физико-химической природы, причем в исходном состоянии либо все компоненты имеют порошкообразную форму, либо часть компонентов используется в виде порошка, а остальные вводятся в расплавленном состоянии.

В керметах один из компонентов (как правило, занимающий большую часть объема материала) — тугоплавкое соединение (оксид, карбид, нитрид, борид или их комбинация), а второй - металл.

Основное различие между армированными материалами, с одной стороны, и псевдосплавами и керметами — с другой, состоит в форме исходных компонентов и структуре сформированных из них материалов. Армированные КМ имеют в подавляющем большинстве случаев матричную структуру, т.е. в них один из компонентов (матрица) непрерывен во всем объеме, а другой (арматура) является прерывистым, разделенным в объеме композиции.

Псевдосплавы и керметы также могут иметь матричную структуру, но чаще они обладают либо каркасной, либо стохастической структурой. Для КМ с каркасной структурой характерна непрерывность всех компонентов в объеме КМ, их можно представить как систему, состоящую их двух или более взаимопроникающих каркасов. Стохастической структурой обладают гетерогенные системы, в которых все фазы характеризуются неупорядоченным дискретным расположением в пространстве. В псевдосплавах и керметах не удается реализовать столь высокие показатели прочности и жесткости, как в армированных КМ, но они обладают рядом ценных характеристик, необходимых для многих областей техники (высокие антифрикционные и демпфирующие свойства, стойкость в интенсивных тепловых потоках, износостойкость, жаростойкость и др.).

Псевдосплавы и керметы обычно макроскопически изотропны, анизотропия в них, если возникает, то носит технологический, а не конструкционный характер, т.е. является результатом выполнения таких технологических операций, как прессование, прокатка, ковка, штамповка и т.п.

Не каждый КМ можно изготовить методом пропитки. Наиболее существенные ограничения на применение этого процесса накладывает межфазное взаимодействие в КМ. Для систем, образованных из компонентов, не растворимых один в другом в жидком и твердом состояниях, этот метод обычно эффективен, если обеспечивается смачивание более тугоплавкого компонента расплавом менее тугоплавкого компонента. Однако круг таких композиций ограничен. Поэтому для КМ, изготавливаемых пропиткой, в первую очередь возникает вопрос о совместимости компонентов и обеспечении структурной стабильности КМ при повышенных температурах. Поэтому в данной книге наряду с изложением термодинамических основ смачивания и закономерностей процесса пропитки специально рассмотрено межфазное взаимодействие в КМ.

Назад, на страницу описания