Дисперсноупрочнённые композиционные материалы

В дисперсноупрочненные КМ состоят из основного материала (матрицы) и вкрапленых в неё мелких частиц 10–500 нм (Рис.58.). Матрица несет основную нагрузку, а дисперсные частицы затрудняют движение дислокаций. Для достижения высокой прочности частицы должны быть равномерно распределены по матрице. В качестве дисперсных частиц используют тугоплавкие нерастворимые оксиды металлов в количестве 5–10% от массы.

У металлических КМ предел за счет упрочнения прочность повышается на 50-100% , увеличиваются модуль, упругости и жесткость, жаропрочность приближается вплотную к температуре плавления 0,9–0,95 t_пл. Снижается вероятность трещинообразования, практически устраняется склонность к внезапному хрупкому разрушению, т.к. трещины активно тормозятся дисперсными частицами. Это важное положительное качество композиционных материалов.

В качестве примера рассмотрим широко применяемый спеченный алюминиевый порошок САП.

Он изготавливается из алюминиевого порошка, который спекается при высокой температуре под давлением. Частицы порошка алюминия покрыты тонким слоем прочного тугоплавкого оксида Al₂O₃ . При прессовании и спекании пленки разламывается на кусочки и распределяется по алюминиевой матрице. Получается дисперноупрочненный КМ.

САП обладает следующими свойствами.

1) предел прочности σ = 400 МПа

2) пластичность около 3%

3) прочность при высоких температурах (250–500 ºС) 50 МПа.

САП материал легкий, как алюминий ρ = 2700 кг/см³ , у него прочность при температурах 250–500 ºС, как у титана и сталей. Т.е. он сочетает легкость и высокую прочность . По этим свойствам он заменяет титан при температурах до 500 ºС, а по стоимости он намного дешевле его.

Другой пример КМ на основе никеля, который упрочняется тугоплавкими частицами оксида тория или оксида гафния. Получается очень хороший жаропрочный и коррозионностойкий материал сохраняющий высокие свойства до температуры t_раб = 1200 ºС. 4.6.2. Волокнистые композиционные материал.

Волокнистые композиционные материалы представляют собой относительно мягкую матрицу, которая связывает прочные волокна (Рис.59.). Основную механическую нагрузку несут волокна, а матрица равномерно распределяет её. Упрочняющие (или армирующие) волокна могут быть диаметром d = 10 нм – 100 мкм , как длинные, так и короткие. Если отношение длины волокна к диаметру (l/d) = 10 – 1000, то такие волокна называются дискретными. Если (l/d) > 1000 , то такие волокна называют непрерывными. В процентном содержании