Получения композиций

Исходным соединением для получения порошка служит чистая трехокись молибдена, которая восстанавливается водородом в одну или две стадии. В последнем случае первоначально при температурах 450—650° С получают двуокись молибдена, которую затем при 900—1100° С восстанавливают до металла. Для получения компактного металла из порошка используют два метода: метод порошковой металлургии и метод дуговой плавки.

При изготовлении композиционных матералиов с алюминиевой матрицей, упрочняемых волокнами бора, карбида кремния и др., процесс напыления можно вести в режимах, обеспечивающих достаточно прочную связь напыляемого металла как с волокном, так и с алюминиевой фольгой, являющейся частью матричного материала. Однако возможно получение достаточно прочной моно-слойной ленты и без фольги; напыленный слой обеспечивает при этом прочность, необходимую при дальнейших операциях резки, укладки и прессования для получения компактного материала.

Процесс плазменного напыления использовали для получения композиции алюминий — стальная проволока (12Х18Н10Т) [24]. На цилиндрическую оправку наматывали с небольшим натягом слой алюминиевой фольги. Стальную проволоку диаметром 0,2 мм наматывали на фольгу с помощью намоточного устройства с шагом, изменяющимся от 0,25 до 1 мм. Оправку с намотанной проволокой переносили в камеру плазмотрона (УПУ-3), в которой по заданному режиму напыления наносили алюминиевое покрытие из порошка зернистостью от 50 до 100 мкм. Минимальная пористость напыленного слоя, составляющая 25—30%, достигалась при следующем режиме напыления: напряжения 32 В, силе тока 750 А, расходе плазмообразующего газа от 20 до 30 л/мин. Толщина армированного монослоя составляла 0,4 мм, равномерность укладки волокон в процессе плазменного напыления не нарушалась. Для получения компактного, плотного материала требуемой

Последующее наращивание слоя медной матрицы производилось электролитически. Для получения компактного композиционного материала собранные в пакет жгуты прессовали в графитовых пресс-формах при следующем режиме: температура 900—960° С, давление от 10 до 50 кгс/см2, время прессования — 20 мин. Максимальная прочность при растяжении, достигающая 50 кгс/мм2, была получена на составах, содержащих 20—25 об. % углеродных волокон. Увеличение содержания волокон в композиционном материале приводило к некоторому снижению прочности.

МОЛИБДЕН Мо —химич. элемент VI гр. периодич. системы Менделеева, и. н. 42, ат. в. 95,94. Изотопный состав природного М.: Мо92 (15,86%); Мо94 (9,12%); Мо93 (15,7%); Mo9S (16,5%); Мо97 (9,45%); Мо98 (23,75%); Мо100 (9,62%). М.—серебристый серый металл, плотн. 10,32 г/см3, г°пл 2622 ± 10°, i°KBn ок. 4804°. М. используется в технике как тугоплавкий металл, сохраняющий значит, прочность при нагреве вплоть до 2000°. Его содержание в земной коре менее 0,001%. Месторождения М. встречаются во многих странах: США, Норвегии, Мексике, Австралии и др. Наиболее распространенными минералами, содержащими М., являются: молибденит MoS2, вульфенит РЬМо04, молибдит Мо03 и др. Содержание этих минералов в рудах невелико (в самых богатых рудах не более 1,5% М.). В США разрабатывают руды, содержащие 0,6% М. Молибденовые руды часто сопутствуют медным. Такие руды подвергаются комплексной переработке, с выделением чистого М. Пром. значение имеют руды, содержащие молибденит, к-рые после обогащения содержат 90—95% молибденита. После обжига концентратов получают технич. трехокись М. Для очистки используется летучесть Мо03, к-рый испаряется, начиная с 600°. Чистый продукт собирают в фильтрах в виде тонкого порошка с содержанием чистого Мо03 ок. 99,97%. Восстановление Мо03 до металлич. М. происходит в водороде при 600—1100°. При этом содержание кислорода в полученном порошке составляет ок. 0,5%. Порошок размалывают, сортируют по крупности и далее перерабатывают для получения компактного М. Пром. метод получения компактного М.— порошковая металлургия (см. Спеченный молибден), электродуговая вакуумная плавка, а также электроннолучевая плавка. Произ-во М. сосредоточено гл. обр. в США (без СССР — 80% мировой добы-

СПЕЧЕННЫЙ МОЛИБДЕН — тугоплавкий металл, изготавливаемый методом порошковой металлургии. Для* получения компактного (беспористого) металла спеченные заготовки подвергают обработке давлением (ковке, протяжке, прокатке) как в холодном, так и в нагретом состоянии. С. м. отличается мелкокристалдич. структурой и по большинству своих свойств не уступает металлу, полученному плавлением в электродуговых вакуумных печах. Метод порошковой металлургии является более простым, дешевым и производительным, чем метод плавления, но при этом С. м. содержит большее количество дримесей, в частности кислорода, и хуже поддается сварке, чем молибден плавленный.

СПЕЧЕННЫЙ ХРОМ — компакТ71ый хром, получаемый методами порошковой металлургии. Исходным продуктом для получения компактного хрома обычно служит тонкий порошок хрома. Удовлетворит результаты получаются при использовании в качестве исходного сырья электролитич. рафинированного хрома, монокристаллов иодидного хрома и смеси рафинированного и иодидного хрома. Хром, полученный др. методами (электролитич.— пера* финироваргаый, алюмотермич. и др.), при 20° не прессуется или прессуется в непрочные брикеты даже при высоких давлениях (до 3 т'с.ч2). Чистый от примесей хром прессуется при 20° в прочные брикеты без связующих при небольших уд. давлениях (50—70 кг/см2). При повышении темп-ры соответственно понижается требуемое давление и увеличивается плотность прессе--ванных брикетов. Известны методы прессования предварительно нагретого до 800—• 1000° хрома ударными нагрузками. Прессованные брикеты подвергаются спеканию и деформации. После такой термомеханич, обработки плотность прессованного хрома приближается к плотности литого металла. Спекание предварительно прессованных заготовок обычно производится при 1500—1550°. Продолжительность нагрева зависит от темп-ры, поперечного сечсипя заготовки и др. (для заготовки с d = 50 мм время спекания при 1500° ок. 5 час,), Спекание хрома обычно производится при избыточном давлении инертного газа или водорода (застойная или проточная атмосфера), предварительно осушенных и очищенных от примесей. При подсосе воздуха или недостаточной очистке газа хром загрязняется, что ухудшает ск-ва спеченного металла.

О. П. Колчин, М. И. Гаврилюк. ТАНТАЛ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ — метал лич. тантал, полученный плавлением в электроннолучевой печи. Тантал чрезвычайно тугоплавкий металл, легко окисляющийся при повыш. темп-ре, поэтому плавка его производится в вакуумных электродуговых печах или в плавильных установках с электроннолучевым нагревом. В качестве тигля используется медный водоохлаждае-мый кристаллизатор. Вследствие большой скорости откачки газообразных вредных примесей, легкой управляемости процессом плавки, возможности использования отходов и меньшей стоимости процесса, выплавка тантала с применением электроннолучевого нагрева является наиболее целесообразной. Этот способ как более прогрессивный уже частично заменил существующий метод получения компактного тантала путем спекания его в вакууме. Ниже приводится изменение содержания примесей (атомы на миллион) в литом тантале, выплавленном в вакуумной электродуговой печи после переплава его в электроннолучевой плавильной установке. Резуль-

Исходным соединением для получения порошка служит чистая трехокись молибдена, которая восстанавливается водородом в одну или две стадии. В последнем случае первоначально при температурах 450—650° С получают двуокись молибдена, которую затем при 900—1100° С восстанавливают до металла. Для получения компактного металла из порошка используют два метода: метод порошковой металлургии и метод дуговой плавки.

Ниобий — пластичный, хорошо сваривающийся металл серо-стального цвета. Чистый ниобий обычно получают в виде порошка химическим путем — восстановлением фтор-ниобата калия металлическим натрием или пятиокиси ниобия металлическим калием и т. п., а также карботермическим способом. Для получения компактного металла порошок прессуют в вакууме под давлением 5000— 8000 кГ1смг при температуре 2000° С. По возможности ниобий применяют в сплавах с танталом, что позволяет значительно упростить технологию получения этих металлов в чистом виде. Ниобий применяют в атомной энергетике, радиоэлектронике, рентгенотехнике и электротехнике и т. д., в производстве жаропрочных, инструментальных, крипто-устойчивых сталей (в виде феррониобия),

Индукционная плавка солей и окислов может производиться, во-первых, с целью выращивания монокристаллов из расплава (особенности и назначение этого процесса рассмотрены в следующем параграфе) и, во-вторых, с целью переплава порошковой или кусковой шихты и получения компактного кристаллического материала. В настоящее время этот процесс находит применение в промышленности огнеупорных материалов и при производстве абразивных материалов.

Жаростойкость дисперсноупрочненных композиций зависит также от метода их получения (повышают жаростойкость методы получения композиций, обеспечивающие меньшую степень коагуляции частиц упрочняющих окислов в металлической матрице), пористости композиций (которая снижает жаростойкость), температуры (которая не-только повышает скорость окисления, но и изменяет стабильность упрочняющих окислов в металлической матрице, механизм их попадания в окалину, а также механизм и характер контроля процесса окисления), температуры спекания композиций, изменения летучести окалины, отслаивания окалины и др.

В настоящее время применяют два способа получения композиций на основе графита и связующего: 1) яри повышенном давлении и термообработке; 2} холодным литьем, не требующим прессования и термообработки. Материал, полученный первым способом, известен под названием «графитопласт» или «антег-мит», а вторым — «графитолит».

В качестве сырья для получения композиций на основе триазолов использовали [166-177] 1,2,4-(6истриазолил)-метан (БТМ), который синтезировали (совместно с проф. Ф. А. Селимовым, канд. техн. наук А. Б. Лаптевым и канд. техн. наук Ю. Н. Эйдемиллер) по реакции Манниха из 1,2,4-триазола:

связи между компонентами с тем, чтобы на основе проведенных оценок выбрать оптимальные режимы получения композиций.

Нанесение пластикового покрытия на фанерную сердцевину должно осуществляться при таких условиях (температура и давление), при которых листы пластика с обеих сторон фанеры были бы прочно с ней связаны. Компания Brooks and Perkins Inc. для получения композиций с высококачественным пластиковым покрытием, хорошо связанным с сердцевиной, использует прессы большой мощности.

Число работ, в которых изучались возможности получения композиций с высоким содержанием алмаза, весьма ограничено [21, 23]. В большинстве случаев для получения таких композиций используют давления и температуры, соответствующие области синтеза алмаза, что накладывает ограничения на размеры .получаемых изделий и резко повышает их стоимость. Поэтому при создании инструмента с высоким содержанием алмаза представляет интерес получение таких материалов при умеренных режимах, без использования экстремальных давлений и температур. Исследования проводили на специально разработанном вакуумном процессе горячего

Большое место в книге уделено способам получения композиций и их соединения и различным видам обработки. Указаны эффективность использования и примеры применения этих материалов в различных отраслях техники.

Рассмотрим распределение напряжений в волокне конечной длины /, находящемся в матрице. При этом будем считать, что волокно и матрица работают в упругой области. Если нагрузка приложена к матрице, то в упругой области последняя удлиняется пропорционально напряжению. Находящееся в матрице волокно с более высоким модулем упругости (условие Ев > Ем является основным для получения композиций с высокими механическими свойствами) будет ограничивать свободное удлинение матрицы в соседней с волокном зоне (рис. 1, а). На некотором удалении от волокна матрица свободно и равномерно пластически удлиняется, тогда как в прилегающей к волокну зоне удлинение матрицы будет равняться упругому удлинению последнего. Это приводит к возмущению поля деформации в прилежащей к волокну зоне. По мере удаления от волокна его возмущающее действие ослабевает, пока полностью не сойдет на нет.

Практически все композиционные материалы являются термодинамически неравновесными системами. По образному выражению акад. И. В. Тананаева композиции относятся к «живущим» системам. Градиенты химических потенциалов, возникающие на поверхностях раздела между армирующей составляющей и матрицей, являются движущей силой процессов диффузии и химических реакций. Взаимная диффузия и химическое взаимодействие между компонентами происходят как на стадии получения композиций, так и при их эксплуатации. Некоторая степень химического взаимодействия является необходимым условием образования связи между компонентами, тогда как слишком активное взаимодействие чаще всего снижает механические свойства упрочните-лей и, как следствие, всей композиции в целом.

Выше уже отмечалось, что кинетическая совместимость волокон и матрицы определяется процессами диффузии, скоростями химических реакций между ними, а также скоростями растворения или роста новых фаз. Исследование кинетики взаимодействия в металлических композиционных материалах необходимо для рационального выбора комбинации матрица — волокно, определения оптимальных параметров получения композиций и оценки их времени эксплуатации.

Окисление борных волокон возможно в процессе получения композиций на воздухе [72 ]. В связи с этим понижение остаточного давления кислорода либо прессование в защитной атмосфере снижает вероятность реакции окисления борных волокон.