Материалов состояния

Единственный реальный способ использования нитевидных кристаллов — это создание композитных материалов, состоящих из усов, ориентированно уложенных в металлической (например, алюминиевой) или пластмассовой матрице. Если усы имеют длину, достаточную для прочного сцепления с матрицей по боковой поверхности усов, то удается в значительной мере использовать их прочность. Прочность композитных материалов, содержащих по массе 40-50% усов, в направлении вдоль усов составляет примерно 30% прочности усов. Так, композиция из сапфирных усов (Л12О3) и металлического алюминия имеет прочность на растяжение 500-600 кгс/мм2.

Чаще всего демпферы изготовляют из композиционных материалов, состоящих из связующего элемента и рассеивателей. В качестве первых используют компаунды или эпоксидные смолы типа ЭД-5, ЭД-6, а в качестве вторых — порошки тяжелых металлов и их оксидов, а также измельченные кварц, карбид титана, вольфрама или свинца. В серийных прямых ПЭП используют демпферы, полученные горячим прессованием порошка вольфрама и связующего пенопласта, в качестве клеящей массы служат эпоксидные клеи. Эти демпферы обладают достаточно высоким коэффициентом затухания (до 420 м"1) и большим акустическим сопротивлением (до 15-10е Па-с/м). Вследствие высокой электрической проводимости таких демпферов и электрического контакта между ними и пьезоэлементом при приклеивании к последнему исключается необходимость пайки контакта к нерабочей поверхности пьезопластины.

Целью этой главы является описание свойств композитов, т. е.. материалов, состоящих из двух или нескольких взаимно нерастворимых компонентов (фаз). Согласно этому определению, к композитам относятся дисперсионно упрочненные сплавы, бетоны, металлы с покрытием и т. д. Поликристаллические тела, состоящие из одного вещества, тоже можно отнести к этому классу материалов, рассматривая гранулы с разной ориентацией как различные фазы.

В настоящей главе мы в общих чертах наметим теорию больших деформаций материалов, состоящих из жестких волокон и матрицы из более податливого материала, таких, например, как резина, армированная нейлоновыми нитями, или пластичный алюминий, армированный жесткими металлическими волокнами. Нашей целью не является определение механических свойств композита по известным свойствам его компонентов, мы также не будем заниматься другими важными проблемами, в которых необходимо отличать частицы материала матрицы от частиц волокон; вместо этого мы постараемся найти механическое поведение композиционного материала в целом, рассматривая его как сплошную среду, свойства которой определяются из макроопыта.

На большинстве предприятий, изготавливающих изделия из композитов, температура в цикле отверждения изменяется настолько быстро, насколько позволяет оборудование. Особенно это справедливо для этапа охлаждения, на котором практически любая большая скорость изменения температуры считается допустимой до тех пор, пока в изделии сохраняется в некоторой степени однородное поле температуры. (Для тонких слоистых композитов обычна скорость прогрева порядка 2,8 до 5,5°С/мин. Скорости прогрева толстых материалов (состоящих более чем из 40 слоев) гораздо ниже. Это связано с трудностями диссипации тепла, выделяющегося в результате протекания химических реакций.) Скорость охлаждения тонких композитов можно увеличить путем применения легких прессформ, изготовленных из материалов с низкой теплоемкостью и хорошей теплопроводностью. Обычными являются и схемы активного охлаждения, использующие вентиляторы, охлаждение водой или жидким азотом. На рис. 7.11 показан температурно-временной режим отверждения типичного боропластика на эпоксидном связующем. Для сравнения приведены режимы быстрого и медленного охлаждения. Пунктирная линия соответствует ступенчатой аппроксимации этапов охлаждения.

Единственный реальный способ использования нитевидных кристаллов - это создание композитных материалов, состоящих из усов, ориентированно уложенных в металлической (например, алюминиевой) или пластмасобвой матрице. Если усы имеют длину, достаточную для прочного сцепления с матрицей по боковой поверхности усов, то удается в значительной мере использовать их прочность. Прочность композитных материалов, содержащих по массе 40 — 50% усов, в направлении вдоль усов составляет примерно 30% прочности усов. Так, композиция из сапфирных усов (А12О3) и металлического алюминия имеет прочность на растяжение 500-600 кгс/мм2.

Спекание металлонерамических материалов, состоящих из двух и более компонентов

Спекание металлокерамических материалов, состоящих из двух компонентов, можно подразделить на следующие основные случаи.

При спекании материалов, состоящих из компонентов, не реагирующих между собой в твёрдом виде (медь - графит), режим спекания и свойства материала определяются в основном компонентом, находящимся в большем количестве (в данном случае медью). Графит играет роль механического загрязнения, препятствующего взаимному контакту медных частиц. Поэтому с ростом содержания графита снижаются усадки, относительная плотность и механическая прочность материала. В особенности отрицательно сказывается введение графита для порошков металла с крупными частицами, так как в этом случае графит может совершенно изолировать контакт между частицами меди. Для тонких порошков меди введение небольшого количества графита (до 2%) может, наоборот, оказать благоприятное влияние за счёт улучшения условий прессования (снижение трения).

Спекание материалов, состоящих из компонентов-, не реагирующих между собой как в твёрдом, так и жидком состоянии, при температуре выше точки плавления легкоплавкого компонента (например, вольфрам — медь) часто связано со значительными трудностями (ликвация расплавленной меди). В таких случаях иногда прибегают к специфическим вариантам металлокерамической технологии.

Процессы при спекании . . -.-.... 542 Спекание металлокерамических материалов, состоящих из двух и более компонентов .............. • . , . 544

Сварку давлением без подогрева выполняют, как правило, с высокоинтенсивным силовым воздействием. К этим видам относятся сварка взрывом, холодная, магнитно-импульсная и др. Ультразвуковая сварка относится к сварке без подогрева при низкоинтенсивном внешнем силовом воздействии. Параметры этих видов сварки (давление, температура нагрева, время нагрева, удельное давление, интенсивность приложения давления и температуры) зависят от свойств соединяемых материалов, состояния их поверхностей, конструктивных особенностей и т. д.

Длительность стадий образования физического контакта А и химического взаимодействия Б здесь существенно больше, чем при сварке плавлением, и зависит от ряда факторов: физико-химических и механических свойств соединяемых материалов, состояния их поверхности, состава внешней среды, характера приложения давления и других средств активации (ультразвук, трение и т. д.).

4. Коэффициент трения скольжения / зависит от рода материалов, состояния и качества обработки поверхностей трения звеньев, скорости относительного скольжения, удельного давления и других факторов. График зависимости коэффициента трения скольжения / от скорости скольжения v и удельного давления д тормозных колодок на бандажи колесных пар железнодорожных вагонов показан на рис. 7.1, д.

2. Плечо трения качения К имеет размерность единиц длины (мм) и зависит от материалов, состояния поверхностей трения (наличия смазки или абразивных частиц), диаметров тел качения, удельного давления, скорости и других факторов.

Особое значение имеет такая организация технического контроля, которая обеспечивает стабильность всех производственных, факторов (в первую очередь качества вступающих в производство материалов, состояния средств производства, соответствия фактически действующих технологических процессов установленным в технологических картах и инструкциях) и как следствие отсутствие или минимум брака при высоком качестве и однородности продукции в пределах, установленных стандартами и техническими условиями.

Необходимо отметить особое значение контроля основного металла, сварочных материалов, состояния оборудования и технологии сварки.

Предварительный контроль включает в себя проверку квалификации сварщиков, термистов и дефектоскопистов, а также качества основного и сварочных материалов, состояния сборочно-сва-рочных приспособлений, сварочного и термического оборудования и приборов.

Длительность стадий образования физического контакта и химического взаимодействия здесь существенно больше, чем при сварке плавлением, и зависит от ряда факторов: физико-химических и механических свойств соединяемых материалов, состояния их поверхности, состава внешней среды, характера приложения давления и других средств активации (ультразвук, трение и т. д.).

Предварительный контроль включает в себя проверку квалификации сварщиков, термистов и дефектоскопистов, а также качества основного и сварочных материалов, состояния сборочно-сва-рочных приспособлений, сварочного и термического оборудования и приборов.

Качество лакокрасочного покрытия и частота возникновения дефектов зависят от правильного выбора лакокрасочных материалов, состояния и чистоты тары, в которую сливают грунтовки и эмали, способа нанесения покрытия, метеорологических условий нанесения (температуры, влажности), состояния и чистоты краскораспылительного оборудования для нанесения покрытий, чистоты сжатого воздуха, идущего на распыление.