Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Техника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ? Влияние общества на человека Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ Практически все МКМ являются термодинамически неравновесными системами и относятся к «живущим» системам. ЛЕКЦИЯ № 5-6 ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА В МКМ. СТАБИЛЬНОСТЬ МКМ КМ представляет собой гетерогенную систему, состоящую из двух или более фаз, имеющих различную физическую природу и структуру, для которой характерноналичие развитой сети: - градиентов концентраций - внутренних напряжений - внутренних границ раздела    Эти факторы  являются движущей силой межфазного взаимодействия компонентов на границе раздела, которое проявляется: - в ходе технологического цикла - в процессе эксплуатации.   Межфазное взаимодействие приводит к термодинамической нестабильности системы. Практически все МКМ являются термодинамически неравновесными системами и относятся к «живущим» системам. Лишь ограниченное число МКМ представляют собой термодинамически равновесную систему (Cu - W, Mo). Поверхность раздела – зона конечной толщины, с существенно измененным химическим составом, в этой области формируется связь между матрицей и наполнителем, необходимая для передачи напряжений.   От прочности связи существенно зависят такие свойства композиций, как: - прочность - модуль упругости - вязкость разрушения - термостойкость и т.д. МКМ МЕЖФАЗОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Желательные явления СВЯЗЬ Нежелательные явления Для передачи нагрузки   В результате роста новых фаз: - охрупчивание - снижение прочности и надежности Следовательно, для каждой композиции необходимо обеспечить оптимальное межфазовое взаимодействие

ЦЕЛИ

Изучить межфазовое взаимодействие и его вляние на свойства МКМ.

2)Научиться управлять межфазовым взаимодействием (важное звено в формировании свойств МКМ)

Это позволит:

1) Реализовать потенциал, заложенный в каждом компоненте.

2) Выбрать рациональную технологию получения МКМ, оптимальные тех. параметры.

3)  Прогнозировать оптимальные режимы высокотемпературной эксплуатации МКМ.

Не для всех классов МКМ межфазовое взаимодействие оказывает существенное влияние на свойства МКМ (например, ЭКМ).

ТИПЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА

Тип взаимодействия между волокнами и матрицей в МКМ определяет их при­надлежность к одной из трех групп.

Приводимое ниже деление основано на термодинамической совместимости или несовместимости составляющих МКМ.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ МКМ ПО ТИПУ М/Ф ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Первая группа	Вторая группа	Третья группа
Медь — вольфрам	Медь (хром) — вольф­	Медь (титан) — вольф­

Медь — окись алюминия

рам рам   Алюминий — углерод Серебро — окись алюминия Ниобий — вольфрам Титан — окись алюми­ния Алюминий — бор (покрытый BN) Никель — углерод Титан — бор Магний — бор

Никель — вольфрам¹

Титан — карбид крем­ Алюминий — бор² ния Алюминий — двуокись Алюминий — нержавеющая сталь² Алюминий — карбид кремния²   кремния

1- При более низких температурах становится реакционноспособным с образованием Ni₄W.

2 - Система псевдопервого класса.

1) К первой группе принадлежат МКМ, в которых компоненты практически нерастворимы и не вступают в химические реакции (не реакционноспособны).

Это: Cu - W, Cu - Al ₂ 0₃, Ag - А l ₂ 0₃, А l - В, Al - SiC, Mg - B,эвтектики.

 

2) Вторую группу составляют МКМ, в которых волокна и матрица растворимы взаимно, но не образуют побочных продуктов взаимодействия.

 

Это: Cu (Cr) - W, Nb - W, Ni - C, Ni - W

 

3) В МКМ третьей группы на поверхностях раздела образуются продукты химического взаимодействия.

ТИПЫ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ КОМПОНЕНТАМИ В МКМ

Смешанная связь.

ПОДРОБНЕЕ:

1) Механическая связь ( связь характерна для первого класса композитов, например для Cu-W, Cu-Аl₂O₃ и др.)

 

СВЯЗЬ ЧЕРЕЗ ОКИСНЫЕ ПЛЕНКИ

Особый случай представляет собой образование связи между алюминиевой матрицей и волокнами бора или карбида кремния.

Связь осуществляется между естественными окисными пленками на поверхности алюминия и, соответственно, пленками окиси бора или окиси кремния на волокне.

 

При непосредственном соприкосновении матрица и эти волокна легко вступают в реакцию. Такое взаимодействие происходит в случае пропитки расплавленным алюминием, который разрушает окисную пленку путем высокотемпературной эрозии. Для описания таких композитов введен термин «системы псевдопервого класса».

 

6) Смешанный тип связи возникает в МКМпсевдопервой группы после разрушения окисных пленок и начала химического взаимодействия.

 

Если в композите реализуются первые два типа связи, то такой материал, как правило, структурно стабилен, и длительное пребывание при высоких температурах не приводит к существенному изменению его свойств.

 

Если же компоненты композита взаимодействуют между собой по третьему типу и т.д.,то эксплуатация композита при повышенных температурах может вызывать существенные структурные изменения в нем, появление новых фаз, изменение свойств (охрупчивание,снижение прочности, изменение электро- и теплопроводности, коррозионной стойкости и др.).

 

!!!!Одно из важных требованийк МКМ — стабильность поверхности разделав течение всего срока эксплуатации.

 

Оно становится решающим в условиях высокотемпературной эксплуатации, для которых, в основном, и предназначены композиты с металлической матрицей.

 

МЕХАНИЧЕСКАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

При нагружениивМКМсоздается объемное напряженное состояние, которое  еще больше усложняется при учете остаточных напряжений.

 

Остаточные напряжения

в композициях имеют различную природу:

 

-термические (возникают из-за разницы КЛТР компонентов в процессе охлаждения материала от температуры его получения или в процессе эксплуатации).

-механические ( возникают из-за неодинаковой пластичности компонентов при таких уровнях деформации, когда один или оба из компонентов начинают деформироваться в различной степени).

- химические( фазовые превращения, сопровождающиеся объемными изменениями).

 

При создании МКМважно обеспечить МЕХАНИЧЕСКУЮ СОВМЕСТИМОСТЬ, т.е. поверхности раздела должны удовлетворять определенным требованиям:

- соответствие КЛТР, упругих констант  и показателей пластичности компонентов.

 

Большое различие КЛТР матрицы и волокон может быть как достоинством, так и недостатком композитов. ……..(какой металл?)

 

ХИМИЧЕСКАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ

1) Метастабильное - состояние, стабильность которого сохраняется длительное время при не очень больших возмущениях.

2) Нестабильное - состояние, стабильность которого нарушается при сколь угодно малых возмущениях.

3) Стабильное - состояние, стабильность которого сохраняется при больших возмущениях.

 

Для того, чтобы композит обладал стабильными свойствами при повышенных температурах, его компоненты должны быть ХИМИЧЕСКИ СОВМЕСТИМЫ

 

Понятие химической совместимости включает понятие термодинамической и кинетической совместимости.

Термодинамическая совместимость - способность матрицы и армирующих элементов находиться всостоянии  термодинамического равновесия неограниченное время при температуре получения и эксплуатации ( полное отсутствие химического и диффузионного взаимодействия между фазами при неограниченном времени их контакта).

 

Термодинамически совместимо ограниченное числоМКМ, в которых матрица и волокна являются однокомпонентными веществами, практически не растворимых друг в друге в широком интервалетемператур (Си—W (Mo, Nb, Та), Ag—W,

Mg—Ti, эвтектические МКМ).

 

Оптимальной технологии

Термодинамически несовместимые составляющие композита в определенных температурно-временных интервалах с использованием новых оптимальных технологий могут быть совместимы кинетически и достаточно надежно работать.

Комплекс этих мероприятий

ПОДРОБНЕЕ

Пример:

При замене стандартного сплава в качестве матрицы Ti - 6% Al - 4% V

на новый специальный матричный сплав Ti - 13% V – 11 % Cr - 3% Al - скорость реакции взаимодействия уменьшается в 3 раза.

 

4) Специальное (направленное) легирование матрицы

с целью предотвратить растворение армирующей фазы

Матрица легируется элементами, входящими в состав армирующего наполнителя, до концентраций насыщения при температурах получения или эксплуатации.

 

Пример:Псевдосплав: Fe - Cu

Припропитке железа медью наблюдается эрозия поверхности железного каркаса и разъедание границ зерен в результате растворения железа в жидкой меди. Однако если железный каркас предварительно насытить медью, а медь — железом до пределов растворимости при температурах пропитки – процессы растворения предотвращаются.

 

5) Правильное построение технологии и выбор оптимальных режимов

М/ф взаимодействие наиболее интенсивно протекает в процессе нагрева при изготовлении МКМ (особенно ЖФМ).

Поэтому уменьшить его можно разработкой:

- высокоскоростных

- низкотемпературных

 

методов изготовления, при которых не успевают проходить диффузионные и химические процессы в такой мере, чтобы вызвать ухудшение свойств МКМ.

Например, динамическое горячее прессование, при котором уплотнение композиции происходит под действием ударной нагрузки в течение долей секунды.

 

6) Создание искусственных МКМ по типу естественных

(методом in - situ) путем выбора соответствующего состава компонентов.

 

7) Подбор с оставляющих МКМ.

 

8) К омплекс э тих мероприятий 

ТВЕРДОФАЗНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

Если при получении МКМудалось избежать нежелательного взаимодействия составляющих в термодинамически нестабильных композитах, то существует опасность его развития в процессе работы МКМ при высоких температурах.

В этом случае взаимодействие идет в твердой фазе, и хотя оно имеет существенно меньшую скорость, чем жидкофазное, но время его протекания обычно намного больше, что может вызвать отрицательные последствия.

 

Пути борьбы с твердофазным взаимодействием те же, что и с жидкофазным:

- направленное легирование М, способствующее приближению системы к термодинамическому равновесию.

- нанесение барьерных покрытий.

- установление оптимальных условий службы с учетом температурных, временных и силовых факторов.

……………………………………………..

……………………………..

…………..

ЛЕКЦИЯ № 5-6

ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА В МКМ.

СТАБИЛЬНОСТЬ МКМ

КМ представляет собой гетерогенную систему, состоящую из двух или более фаз, имеющих различную физическую природу и структуру, для которой характерноналичие развитой сети:

- градиентов концентраций

- внутренних напряжений

- внутренних границ раздела 

 

Эти факторы  являются движущей силой межфазного взаимодействия компонентов на границе раздела, которое проявляется:

- в ходе технологического цикла

- в процессе эксплуатации.

 

Межфазное взаимодействие приводит к термодинамической нестабильности системы.

Практически все МКМ являются термодинамически неравновесными системами и относятся к «живущим» системам.

Лишь ограниченное число МКМ представляют собой термодинамически равновесную систему (Cu - W, Mo).

Поверхность раздела – зона конечной толщины, с существенно измененным химическим составом, в этой области формируется связь между матрицей и наполнителем, необходимая для передачи напряжений.

 

От прочности связи существенно зависят такие свойства композиций, как:

- прочность

- модуль упругости

- вязкость разрушения

- термостойкость и т.д.

МКМ

МЕЖФАЗОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ