Наполнитель имеет прочность близкую к теоретической.

 

В ЭКМ удачно сочетаются два вида упрочнения — композиционное (присутствие волокон вызывает деформационное упрочнение матрицы) и дисперсионное.

 

Относительные достоинства пластинчатой и стержневой микроструктуры композицион­ных материалов являются дискуссионными.

 

При почти равных объемных долях упрочняющей фазы для обеспечения требуемых механических свойств, вероятно, более желательна волокнистая микроструктура.

 

С другой стороны, исходя из относительной термической стабильност и этих двух видов микроструктуры, более благоприятно пластинчатое строение.

 

По микроструктуре ЭКМ похожи на матричные композиты, армированные дискретными волокнами в виде усов или тонких пластин.

 

Однонаправленные эвтектики не удовлетворяют дан­ному выше определению синтетических КМ. Однако по своей структуре и поведению они аналогичны армирован­ным волокнистым композитам.

ПРЕИМУЩЕСТВА ЭКМ ПО СРАВНЕНИЮ С ИСКУССТВЕННЫМИ МКМ

1) Более высокие показатели прочности, что обусловлено совершенством структуры армирующей фазы.

2) Высокая термостабильность, вплоть до Т, близкой к Т_пл (то есть, возможность длительно работать при высоких Т) ( отсутствие окисных слоев).

3) Для этих КМ нет проблем, связанных с хим. несовместимостью между фазами.

4) Высо­кая прочность связи на поверхности раздела.

5) Простота изготовления (Из них можно получать материал и готовые изделия за 1 операцию (отсутствуют процессы получения волокон и их введения в матрицу))

 

НЕДОСТАТКИ ЭКМ ПО СРАВНЕНИЮ С ИСКУССТВЕННЫМИ МКМ

- Невозможность варьировать объемное содержание армирующей фазы, которое диктуется диаграммой состояния системы (то есть невозможно воздействовать на свойства КМ путем изменения состава).

 

- Кроме того, для реализации плоского фронта кристаллизации необходимо использовать высокочистые вещества, так как примеси этому препятствуют.

 

Во время установившейся стадии направленной кристаллиза­ции эвтектики плоский фронт совместного роста двух фаз может локально нарушиться.

 

- Точность соблюдения режима направленной кристаллизации.

 

- Небольшие скорости направленного роста, что уменьшает производительность процесса получения и приводит к нежелательному взаимодействию изделия с литейной формой. 

 

 

                     

Рис. 12 Нарушение эвтектической структуры из-за наличия примеси

 

 

В основе выбора ЭКМ лежит анализ равновесных диаграмм состояния бинарных, тройных, четверных и более высокого ранга систем.

 

При выборе ЭКМ сначала определяется матричная основа, удовлетворяющая условиям эксплуатации материала по температуре плавления, плотности, поведения в средах и др.

 

Затем производится поиск эвтектик, которые могут обеспе­чить остальные требования к ЭКМ: прочность, физические свойства и др.

 

По комплексу физико-механических свойств ЭКМ условно делятся на:

 

- ЭКМ конструкционного назначения (на основе легких сплавов Al; жаро­прочные Ni, Co; на основе тугоплавких металлов Ta, Nb)

 

Жаропрочные ЭКМ можно разделить на две группы: хрупкие и пла­стичные.

1) Хрупкими, например, являются никелевые пластинчатые ЭКМ с объемной долей упрочнителя 33-35%.

2) К пластичным ЭКМ относятся волокнистые ЭКМ с невы­сокой долей упрочнителя (от 3 до 15%), например, сплавы Ni, Со, упроч­ненные монокарбидами Та, Nb, Hf.

 

- ЭКМ с особыми физическими свойствами (функциональные)— полупроводниковыми, магнитными и др. ЭКМ с осо­быми физическими свойствами состоят из фаз с резко отличающимся элек­тронным строением.

ПОЛУЧЕНИЕ ЭКМ

Для реализации строго ориентированной микроструктуры, которая дает наименьшую площадь поверхности раздела фаз, необходимо обеспечить плоскую поверхность меж­ду расплавом и кристаллизующимся твердым телом.

Метод направленной кристаллизации (естественным путем («in situ»))

МЕТОД БРИДЖМЕНА

Рис. 9 Схема получения ЭКМ методом Бриджмена

1 — подвижная охлаждаемая опора: 2 — неподвиж­ный индуктор; 3 — тигель;

4 — квар­цевый корпус; 5 — инертный газ; 6 — керамический кожух (тепловой экран); 7 — сплав; 8 — фронт кристаллизации; 9 — слиток; 10 — основание;

11 — охлаждаемый блок; 12 — вода.

 

Скорость перемещения тигля с расплавом изменяется от 5 до 2000 мм/ч - определяет скорость направленной кристаллизации.

Температурный градиент (между зоной нагрева (нагревателем) и холодильником) составляет 50—300 К/см

 

Существенным недостатком этой схемы является трудность поддержа­ ния постоянного температурного градиента в процессе всего цикла кри­ сталлизации.