Материалов образуется

Опыт применения пространственно-армированных материалов в целях тепловой защиты значительно расширил область их использования: используются не только теплозащитные, но и прочностные свойства материалов. Появилась новая область применения материалов, образованных системой трех нитей, — в супермаховиках. Применение современных композиционных материалов в супермаховиках представляет значительный интерес, так как максимальная удельная энергия, которая может быть накоплена в маховике, пропорциональна отношению прочности материала к плотности. Маховики, изготовленные намоткой из однонаправленных материалов, наряду с высокой прочностью в направлении армирования обладают традиционными

Подробный анализ сравнительных преимуществ материалов, образованных системой трех нитей, и многомерных композиционных материалов выполнен в работах [25, 120], где показана модель для расчета многомерных материалов. Оказалось, что при равномерном распределении волокон некоторые из многомерных схем армирования малоэффективны [43].

Одну из наиболее сложных задач при изготовлении пространственно-армированных композиционных материалов представляет выбор связующего [31, 68], особенно при изготовлении материалов, образованных системой двух, трех и п нитей [59]. Материалы могут иметь как обычную, так и пи-ролизованную матрицу. Сложность подбора связующего обусловлена трудностью пропитки. При повышенных толщинах на обычных пропиточных машинах нельзя полностью удалить из материала воздух, который при формовании приводит к пористости, поэтому пропитку таких материалов осуществляют в вакууме и под давлением 9 специальных пресс-формах. Необходимое содержание связующего достигается изменением степени уплотнения материала: чем толще материал, тем сложнее его пропитка. В качестве связующего используют низковязкие термореактивные смолы, которые при правильном выборе режимов и хорошо отлаженном технологическом процессе позволяют достигать плотности композиционных материалов на уровне теоретической. Так, для материалов, образованных системой двух нитей, при коэффициенте армирования ц =0,45 плотность р = = 1,80 г/см3 (теоретическая 1,80 г/см3), а при fi = 0,50 р = 1,85 г/см3 (теоретическая 1,86 г/см3).

Система двух нитей. Характерным признаком материалов, образованных системой двух нитей, является наличие заданной степени искривления волокон в направлении основы (ось х); волокна утка (ось у) прямолинейны. Арматура в третьем направлении (ось г) отсутствует. Основными структурными параметрами этой группы материалов являются степень искривления волокон основы (угол 6) и коэффициенты армирования ц в направлениях основы и утка.

На основе структурных схем, образованных системой двух нитей, создана и экспериментально проверена группа композиционных материалов толщиной от 1,5 до нескольких десятков миллиметров, используемых для создания силовых и теплозащитных конструкций. Жесткость при сдвиге и прочность этих материалов, как это будет показано в дальнейшем, существенно выше жесткости и прочности

Использование композиционных материалов, образованных системой двух нитей, для изготовления' изделий методом намотки позволяет значительно повысить их несущую способность при действии давления. Исследования показывают, что при изготовлении кольцевых образцов с внутренними слоями из пространственно-армированных материалов и наружными из слоистых можно ограничиться относительной толщиной RK/RB — 1,40, в то время как при использовании ленты тканого переплетения Ru/R-в = 1,88, при намотке колец из однонаправленной ленты ЛСБ-F RK/RB = 2,15 при одинаковых внутреннем радиусе и давлении.

Рис. 1.3. Зависимость модулей упругости (/) и межслойного сдвига (2) композиционных материалов, образованных системой двух нитей, от угла искривления волокон основы:

Рис. 1.7. Схемы диагонального расположения арматуры в одной плоскости (а) и в пространстве (5) для композиционных материалов, образованных системой я нитей '

материалов, образованных системой трех нитей. Однако технологические трудности преодолимы, что увеличивает перспективность использования рассматриваемых материалов, особенно на основе углеродной матрицы. Последние вследствие удачных термомеханических свойств широко используют для некоторых узлов ракетных двигателей (например, входная часть горловины сопла), подвергающихся сильным воздействиям при пуске двигателя [123]. Эти материалы применяют также для носовых частей ракет [21].

Расчеты показывают, что упругие свойства пространственно-армированных композиционных материалов, образованных системой п нитей, уступают свойствам материалов на основе системы трех и четырех нитей.

Рис. 2.18. Зависимость относительного значения прогиба пластинки от приведенной нагрузки при трехточечной схеме нагружения стеклопластиков, образованных системой двух нитей (/, 3, 8); углерод-углеродных материалов, образованных системой трех нитей (4); стеклопластиков, образованных системой трех нитей (2, в). Углы искривления волокон основы 6 к оси х и вырезки образца ф по отношению к основе следующие:

Простой метод испытания на щелевую коррозию можно осуществить при контакте различных материалов. Части изучаемого металла расположены горизонтально на поверхности другого материала так, что между поверхностями соприкасающихся материалов образуется зазор.

Твердые отходы и энергия. Большое количество энергии затрачивается на изготовление материалов, которые впоследствии попадают на свалку в виде твердых отходов. Если изменить характер употребления этих материалов, можно добиться экономии энергии в процессе их производства. Более высокая степень повторного использования таких видов промышленной продукции, как сталь, пластмасса и бумага, позволяет отчасти уменьшить количество энергии, которое необходимо для их изготовления. Однако, несмотря на применение усовершенствованных методов повторного использования материалов, образуется определенное количество отходов, и эти отходы могут служить источником тепловой энергии.

В диапазоне 200—700 °С на поверхности конструкционных материалов образуется плотная, прочно сцепленная с поверхностью основного металла защитная окисная пленка. Предварительное образование окисной пленки путем пассивации за счет применения специальных растворов или при нагревании в окислительной атмосфере при 300—400 °С значительно снижает скорость коррозии ,[1.6].

Микрокерметы. В электронике обычные керметы в связи с относительной грубой структурой частиц не нашли применения, несмотря на их свойства, эффективные для изготовления, например, непроволочных резисторов. С помощью эпигаксиальной технологии, т. е. осаждением паров проводящих и диэлектрических материалов, образуется микрокерметная пленка [4] с устойчивыми полупроводниковыми свойствами.

В диапазоне 470 — 970 К на поверхности конструкционных материалов образуется плотная, прочно сцепленная с поверхностью стали защитная окисная пленка. Предварительное образование окисной пленки путем пассивации за счет применения специальных растворов или при нагревании в окислительной атмосфере при 570 — 670 К значительно снижает скорость коррозии [1.19]. Анализ кинетических кривых коррозии хромоникелевых сталей показал, что этот процесс определяется МСЬ-кор-розионно-активиым компонентом газа и контролируется диффузионными процессами компонентов стали и кислорода, а на поверхности таких сталей и сплавов образуются окисные пленки, сплошность и защитные свойства которых сохраняются практически неограниченное время [1.19, 2.17].

Виды стружек. По внешнему виду стружку, образующуюся при резании пластичных материалов, разделяют на три вида: элементную, скалывания и сливную. При обработке хрупких материалов образуется стружка надлома.

Во время резания полимерных материалов образуется много пыли, а в результате нагрева из большинства материалов выделяются газы, которые чаще всего вредны для здоровья (фенол, хлористый водород и т. п.) и ускоряют коррозию оборудования, поэтому совершенно необходима вентиляция помещений, в которых происходит обработка полимерных материалов резанием.

В результате ЭМО на поверхности деталей, изготовленных из порошковых материалов, как и при обработке деталей из компактных материалов, образуется упрочненный слой, состоящий из мартенсита и остаточного аустенита. Результаты рентгено-структурных исследований, проведенных на приборе ДРОН-3, показали, что с увеличением силы электрического тока повышается содержание углерода в мартенсите, размер блоков мартенсита, количество остаточного аустенита. Возрастает также твердость поверхностного слоя [7]. Это, вероятно, обусловлено тем, что с увеличением силы электрического тока при неизменных прочих условиях возрастают объем высокотемпературной зоны и степень ее разогрева, что приводит к повышению продолжительности воздействия высоких температур, продолжительности роста зерна аустенита. Наличие пористости, незначительная масса исследованных втулок (150 г), а также малая толщина стенок (6 мм) приводят к уменьшению скорости охлаждения при ЭМО, что оказывает значительное влияние на дисперсность мартенсита и характер распределения углерода в поверхностном слое.

Качество футеровки контролируется с помощью сигна лизатора, а в тигельных печах обязательно еще проводится и внешний осмотр в начале каждого цикла работы Не следует допускать образования мостов из твердых ших товых материалов над ванной жидкого металла, приводя щих к неконтролируемому местном}- перегреву и разру шению футеровки Это особенно опасно при переплавке стружки Для сохранения футеровки и предупреждения прорыва жидкого металла к индуктору нельзя подвергать футеровку резким термическим ударам, механическому повреждению при загрузке шихты, поворотам и сотрясе нию в холодном состоянии Быстрое повышение температуры металла может быть вызвано добавлением в чугун легирующих компонентов, экзотермических смесей, охлаждение — присадкой большого количества холодной шихты, науглероживателя и т п При добавлении в жидкий металл холодных кусков шихты возможен выброс метал ла Особенно опасна загрузка влажной шихты, со льдом, снегом и ни маслом (поэтому нежелательно производить переплавку брикетированной стружки), так как при этом наблюдаются сильные взрывы, фонтанирование и выбросы жидкого металла Нужно обеспечивать загрузку толь ко сухой и чистой шихты, применять для заполнения пе чи желобы, склизы, бадьи закрытого типа с тем, чтобы не было необходимости плавильщику непосредственно участвовать в загрузке материалов Поскольку при пере плавке некачественных шихтовых материалов образуется большое количество газов, дыма, каждая плавильная печь до1жпа иметь вентиляционное устройство

Качество футеровки контролируется с помощью сигнализатора, а в тигельных печах обязательно еще проводится и внешний осмотр в начале каждого цикла работы. Не следует допускать образования мостов из твердых шихтовых материалов над ванной жидкого металла, приводящих к неконтролируемому местному перегреву и разрушению футеровки. Это особенно опасно при переплавке стружки. Для сохранения футеровки и предупреждения прорыва жидкого металла к индуктору нельзя подвергать футеровку резким термическим ударам, механическому повреждению при загрузке шихты, поворотам и сотрясению в холодном состоянии. Быстрое повышение температуры металла может быть вызвано добавлением в чугун легирующих компонентов, экзотермических смесей; охлаждение — присадкой большого количества холодной шихты, науглероживателя и т. п. При добавлении в жидкий металл холодных кусков шихты возможен выброс металла. Особенно опасна загрузка влажной шихты, со льдом, снегом или маслом (поэтому нежелательно производить переплавку брикетированной стружки), так как при этом наблюдаются сильные взрывы, фонтанирование и выбросы жидкого металла. Нужно обеспечивать загрузку только сухой и чистой шихты, применять для заполнения печи желобы, склизы, бадьи закрытого типа с тем, чтобы не было необходимости плавильщику непосредственно участвовать в загрузке материалов. Поскольку при переплавке некачественных шихтовых материалов образуется большое количество газов, дыма, каждая плавильная печь должна иметь вентиляционное устройство.

При обработке чугуна и других хрупких материалов образуется стружка надлома, элементы которой могут скалываться либо по линии среза, либо по границам зерен. При малой скорости резания зерна не подрезаются, а вырываются, и впадины неровностей распо-

Для изготовления электродов электродуговых плазмотронов применяют тугоплавкие металлы, такие как вольфрам, молибден, цирконий, гафний или специальные сплавы. Ресурс работы вольфрамового катода при токах до 1000 А составляет несколько сотен часов и определяется в основном природой плазмообразующего газа. Катоды выполняются из циркония или гафния, наиболее устойчивых материалов при работе дуговых плазмотронов в окислительных средах. На поверхности этих материалов образуется оксидная пленка, с одной стороны, хорошо проводящая электрический ток при высоких температурах, а с другой, - предохраняющая металл от дальнейшего быстрого окисления.