Свойства компонентов композитов на основе алюминиевой матрицы

со

?С*

Таблица 2.16.

Примечание. В числителе даны продольные значения прочностных характеристик, в знаменателе — поперечные.

* Проектируемые значения свойств.

на основе титановой матрицы представляет большие трудности. Недостатком этого вида композитов является также высокая реакционная способность титановой матрицы. Свойства металлических композитов на основе титановой матрицы приведены в табл. 2.18.

Прочность и модуль упругости, а также сопротивление материалов удару для однонаправленных композиционных материалов на основе алюминия, магния и титана повышаются по мере увеличения в композиции объемного содержания волокон.

Для очень высоких температур, например в камерах сгорания реактивных двигателей, используют системы, содержащие молибденовую и вольфрамовую проволоку в матрицах из титана и суперсплавов.

Наибольшей прочностью при температуре 1093 °C обладает проволока из сплава W— Re— Hf— С: о_в = 2,2 ГПа, что в несколько раз больше прочности никелевых или кобальтовых суперсплавов при такой же температуре.

Большие перспективы открываются с развитием процессов объемного армирования металлических композитов. В частности, для металлических композитов объемное армирование дает существенный выигрыш в ударной вязкости. Система А1₂0₃/А1 трех;

Примечание. В числителе даны продольные значения прочностных характеристик, в знаменателе — поперечные.

мерного армирования поглощает почти такую же энергию удара, как и чистый металл.

Армирование по толщине, обеспечиваемое трехмеоной волокнистой структурой, предотвращает расслоение и ограничивает распространение трещин.

К недостаткам металлических композитов относятся их сравнительно высокая стоимость и сложность изготовления. Их стоимость в настоящее время превосходит стоимость полимерных композитов в несколько раз. Совершенствование технологии позволит снизить себестоимость металлических композитов, а их уникальные свойства делают их незаменимыми в ряде конструкций.

В авиационной и космической технике наиболее широко используют композиты с борными волокнами. Детали из боропластика и бороалюминия применяют такие крупные фирмы США, как «Локхид», «Боинг», «Дженерал Дайнемикс». Из них изготавливают горизонтальные и вертикальные стабилизаторы, рули, элементы хвостового оперения, лонжероны, лопасти винтов, обшивку крыльев и др.

Области использования металлических композитов непрерывно расширяются. Помимо улучшения технических характеристик многих ответственных изделий, использование металлических композитов способно обеспечить уменьшение массы изделий на.

20…30%. Современные А1—Li сплавы имеют этот показатель на уровне 10… 15%.

Применение боралюминия по сравнению с титановыми сплавами дает снижение массы на 30…40%, обеспечивая более высокую длительную и усталостную прочность при нагреве до 500 °C. Еще более эффективно применение боралюминия в авиационной и космической технике. Его использование для изготовления крупных деталей для ракет «Атлас», космических кораблей «Аполлон», «Шаттл» позволило уменьшить их массу на 20…50%. Это, в свою очередь, увеличило полезную нагрузку, а для военных самолетов — дальность полета, объем вооружения и т. д. Снижение полетной массы истребителя F-15 на 6% (около 1 100 кг) приводит к увеличению дальности полета на 15%.

Фирма Toyota (Япония) изготовила металлические композиты для деталей автомобилестроения. Алюминий армировали смесью коротких волокон А1₂0₃ и Si0₂ (диаметр примерно 3 мкм и длина до 10 мкм) в различных соотношениях. С увеличением массовой доли волокон А1₂0₃ возрастает прочность и модуль упругости, при росте доли волокон Si0₂ повышается износостойкость. Этот материал использовали вместо никелевых сплавов для изготовления накладок поршней, что позволило поднять температуру в камере сгорания двигателя и его мощность. За счет увеличения износостойкости поршней пробег автомобиля увеличен до 300 тыс. км.

Производство таких металлических композитов, по мнению японских специалистов, откроет промышленную технологию следующего поколения.

Правильный выбор материалов с целью экономии массы летательных аппаратов играет определяющую роль. Стоимость материала конструкции составляет 40% для военных самолетов, 68% — для коммерческих, 19% — для космических аппаратов, 50% — для орбитального космического корабля типа «Шаттл». В космической технике экономию массы принято оценивать через стоимость вывода 1 кг массы на орбиту с учетом числа запусков. Учитывая, что отношение исходной массы к массе, доставленной на околоземную орбиту, составляет 100: 1, эта величина может составлять до 30 тыс. долл ./кг.

Применение композитов в конструкции космического корабля «Шаттл» позволило снизить массу на 1 402 кг, в том числе за счет боропластика — на 410 кг и боралюминия — на 82 кг. Такая экономия массы позволила уменьшить затраты на вывод корабля на орбиту на несколько миллионов долларов, что заранее окупает затраты на стоимость элементов конструкции из этих материалов.

• 1. Назовите основные этапы технологии получения изделий из керамических материалов.
• 2. Какие виды керамических материалов используются в промышленности?
• 3. В чем преимущества режущего инструмента с пластинами из керамических материалов?
• 4. Какой эффект достигают при изготовлении деталей двигателей из керамических материалов?
• 5. Где используют ударопрочные керамические материалы?
• 6. Какова область применения радиопрозрачных керамических материалов?
• 7. Какой материал называется композиционным?
• 8. Что представляют собой дисперсно-упрочненные, волокнистые и слоистые композиты?
• 9. Что означает слово «синтсгран»? Из чего состоит этот материал?
• 10. Каковы области применения синтеграна?
• 11. Каковы свойства углепластиков и где они используются?
• 12. Что представляют собой органопластики и где их применяют?
• 13. Какова область применения боропластиков?
• 14. Где используют композиты с металлической матрицей?