Materiale compozite cu matrice metalică. Compozite pulbere

Materiale compozite cu o matrice metalică. Pentru lucrul cu mai mult temperaturi mari se folosesc matrici metalice.

CM-urile metalice au o serie de avantaje față de CM-urile polimerice. Pe lângă o temperatură de funcționare mai ridicată, acestea se caracterizează printr-o izotropie mai bună și o stabilitate mai mare a proprietăților în timpul funcționării și o rezistență mai mare la eroziune.

Ductilitatea matricelor metalice conferă structurii vâscozitatea necesară. Acest lucru facilitează egalizarea rapidă a tensiunilor mecanice locale.

Un avantaj important al CM-urilor metalice este fabricabilitatea mai mare a procesului de fabricație, turnare, tratament termic, formare de compuși și acoperiri.

Avantajul materialelor compozite pe bază de metal este valorile mai mari ale caracteristicilor care depind de proprietățile matricei. Acestea sunt, în primul rând, rezistența finală și modulul de elasticitate în tensiune în direcția perpendiculară pe axa fibrelor de armare, rezistența la compresiune și încovoiere, ductilitate, tenacitate la rupere. În plus, materialele compozite cu matrice metalică își păstrează caracteristicile de rezistență până la temperaturi mai ridicate decât materialele cu matrice nemetalică. Sunt mai rezistente la umezeală, incombustibile, au conductivitate electrică.Conductivitatea electrică ridicată a metalului CM îi protejează bine de radiațiile electromagnetice, fulgere și reduce riscul de electricitate statică. Conductivitatea termică ridicată a metalului CM protejează împotriva supraîncălzirii locale, ceea ce este deosebit de important pentru produse precum vârfurile rachetei și marginile anterioare ale aripilor.

Cele mai promițătoare materiale pentru matricele materialelor metalice compozite sunt metalele cu densitate scăzută (A1, Mg, Ti) și aliajele pe bază de acestea, precum și nichelul, care este utilizat pe scară largă astăzi ca componentă principală a superaliajelor.

Compozitele sunt preparate folosind diferite metode. Acestea includ impregnarea unui mănunchi de fibre cu topituri lichide de aluminiu și magneziu, pulverizarea cu plasmă și utilizarea metodelor de presare la cald, urmată uneori de hidroextrudarea sau laminarea țaglelor. La armarea compozițiilor de tip sandviș cu fibre continue, formate din straturi alternative de folie și fibre de aluminiu, se utilizează laminarea, presarea la cald, sudarea prin explozie și sudarea prin difuzie. Turnarea tijelor și țevilor, armate cu fibre de înaltă rezistență, se obține din faza metalică lichidă. Un mănunchi de fibre este trecut continuu printr-o baie topită și impregnat sub presiune cu aluminiu lichid sau magneziu. La ieșirea din baia de impregnare, fibrele sunt combinate și trecute printr-o matriță pentru a forma o bară sau un tub. Această metodă asigură umplerea maximă a compozitului cu fibre (până la 85%), distribuția uniformă a acestora în secțiune transversalăși continuitatea procesului.

Materiale cu matrice de aluminiu. Materialele din matricea de aluminiu consolidează în principal sârmă de oțel(UAN), fibră borică (VKA) și fibră de carbon (VKU). Ca matrice, sunt utilizate atât aluminiul tehnic (de exemplu, AD1), cât și aliajele (AMg6, B95, D20 etc.).

Utilizarea unui aliaj (de exemplu, B95) ca matrice, întărit prin tratament termic (călire și îmbătrânire), oferă un efect suplimentar de întărire a compoziției. Cu toate acestea, în direcția axei fibrei, este mică, în timp ce în direcția transversală, unde proprietățile sunt determinate în principal de proprietățile matricei, ajunge la 50%.

Cel mai ieftin, destul de eficient și accesibil material de armare este sârma de oțel de înaltă rezistență. Deci, armarea aluminiului comercial cu un fir din oțel VNS9 cu diametrul de 0,15 mm (σ b = 3600 MPa) își mărește rezistența de 10-12 ori cu un conținut volumetric de fibre de 25% și de 14-15 ori cu un creșterea conținutului cu până la 40%, după care rezistența temporară ajunge la 1000-1200 și, respectiv, 1450 MPa. Dacă se folosește un fir cu un diametru mai mic pentru armare, adică cu o rezistență mai mare (σw = 4200 MPa), rezistența finală a materialului compozit va crește la 1750 MPa. Astfel, aluminiul armat cu sârmă de oțel (25-40%), în ceea ce privește proprietățile sale de bază, depășește semnificativ chiar și aliajele de aluminiu de înaltă rezistență și atinge nivelul proprietăților corespunzătoare ale aliajelor de titan. În acest caz, densitatea compozițiilor este în intervalul 3900-4800 kg / m 3.

Întărirea aluminiului și aliajelor sale cu fibre mai scumpe B, C, A1 2 O e crește costul materialelor compozite, dar unele proprietăți sunt îmbunătățite mai eficient: de exemplu, atunci când sunt armate cu fibre de bor, modulul elastic crește cu 3-4 ori, fibrele de carbon contribuie la scăderea densității. Borul slăbește puțin odată cu creșterea temperaturii, prin urmare, compozițiile întărite cu fibre de bor păstrează rezistența ridicată până la 400-500 ° C. Materialul care conține 50% vol. Din fibre continue de bor de înaltă rezistență și modul înalt (VKA-1) s-au găsit industriale. aplicarea. În ceea ce privește modulul de elasticitate și rezistența finală în intervalul de temperatură de 20-500 ° C, depășește toate aliajele standard de aluminiu, inclusiv cele de înaltă rezistență (B95) și aliajele special concepute pentru funcționarea la temperaturi înalte (AK4-1), care este arătat clar în Fig. 13.35. Capacitatea mare de amortizare a materialului asigura rezistenta la vibratii a structurilor realizate din acesta. Densitatea aliajului este de 2650 kg / m 3, iar rezistența specifică este de 45 km. Aceasta este semnificativ mai mare decât cea a oțelurilor de înaltă rezistență și aliajelor de titan.

Calculele au arătat că înlocuirea aliajului B95 cu un aliaj de titan în fabricarea unei aripi de avion cu elemente de armare VKA-1 crește rigiditatea acestuia cu 45% și oferă o economie de greutate de aproximativ 42%.

Materialele compozite pe bază de aluminiu, armate cu fibre de carbon (CFC), sunt mai ieftine și mai ușoare decât materialele cu fibre de bor. Și deși sunt inferioare celor din urmă ca forță, au o forță specifică similară (42 km). Cu toate acestea, fabricarea materialelor compozite cu un întăritor de carbon este asociată cu mari dificultăți tehnologice din cauza interacțiunii carbonului cu matrici metalice atunci când este încălzit, determinând o scădere a rezistenței materialului. Pentru a elimina acest dezavantaj, se folosesc acoperiri speciale din fibre de carbon.

Materiale cu matrice de magneziu. Materialele cu matrice de magneziu (VKM) se caracterizează printr-o densitate mai mică (1800-2200 kg/m 3) decât cu una din aluminiu, cu aproximativ aceeași rezistență ridicată de 1000-1200 MPa și deci o rezistență specifică mai mare. Aliaje de magneziu forjat (MA2, etc.), armate cu fibra de bor (50 vol.%), Au o rezistenta specifica > 50 km. Buna compatibilitate a magneziului și a aliajelor sale cu fibra de bor, pe de o parte, face posibilă fabricarea pieselor prin impregnare practic fără a avea nevoie ulterioară. prelucrare mecanică, pe de altă parte, oferă o durată lungă de viață a pieselor la temperaturi ridicate. Rezistența specifică a acestor materiale este mărită prin utilizarea aliajelor ușoare de litiu ca matrice, precum și prin utilizarea fibrei de carbon mai ușoare. Dar, așa cum am menționat mai devreme, introducerea fibrei de carbon complică tehnologia aliajelor deja low-tech. După cum știți, magneziul și aliajele sale au plasticitate tehnologică scăzută, o tendință de a forma o peliculă de oxid liber.

Materiale compozite pe baza de titan. La crearea materialelor compozite pe bază de titan, se întâlnesc dificultăți din cauza necesității de încălzire la temperaturi ridicate. La temperaturi ridicate, matricea de titan devine foarte activă; capătă capacitatea de a absorbi gaz, de a interacționa cu mulți întăritori: bor, carbură de siliciu, oxid de aluminiu etc. Ca urmare, se formează zone de reacție, iar rezistența atât a fibrelor în sine, cât și a materialelor compozite în general scade. Și, în plus, temperaturile ridicate duc la recristalizarea și înmuierea multor materiale de armare, ceea ce reduce efectul de întărire din armătură. Prin urmare, pentru consolidarea materialelor cu matrice de titan, se folosește sârmă din beriliu și fibre ceramice de oxizi refractari (A1 2 0 3), carburi (SiC), precum și metale refractare cu un modul elastic mare și temperatură ridicată de recristalizare (Mo , W). Mai mult, scopul armăturii este în principal nu de a crește rezistența specifică deja ridicată, ci de a crește modulul elastic și de a crește temperaturile de funcționare. Proprietățile mecanice ale aliajului de titan VT6 (6% A1, 4% V, restul este A1), armat cu fibre Mo, Be și SiC, sunt prezentate în tabel. 13.9... După cum se vede din. Conform tabelului, rigiditatea specifică este crescută cel mai eficient atunci când este armată cu fibre de carbură de siliciu.

Armarea aliajului VT6 cu sârmă de molibden contribuie la menținerea valorilor ridicate ale modulului de elasticitate până la 800 "C. Valoarea acestuia la această temperatură corespunde cu 124 GPa, adică scade cu 33%, în timp ce rezistența maximă la rupere scade la 420 MPa. , adică mai mult de 3 ori.

Materiale compozite pe bază de nichel. CM rezistente la căldură sunt realizate pe bază de aliaje de nichel și cobalt, armate cu ceramică (SiC, Si 3 Ni 4, Al 2 O 3) și fibre de carbon. Sarcina principală în crearea materialelor compozite pe bază de nichel (VKN) este creșterea temperaturilor de funcționare peste 1000 ° C. Și unul dintre cei mai buni întăritori de metal care poate oferi valori bune de rezistență la temperaturi atât de ridicate este sârma de wolfram. Introducerea sârmei de wolfram într-o cantitate de 40 până la 70% vol. În aliajul de nichel-crom asigură rezistență la 1100 ° C timp de 100 de ore, respectiv 130 și 250 MPa, în timp ce cel mai bun aliaj de nichel nearmat este conceput să funcționeze în condiții similare are o putere de 75 MPa. Utilizarea firelor din aliaje de wolfram cu reniu sau hafniu pentru armare crește acest indicator cu 30-50%.

Materialele compozite sunt folosite în multe industrii și în primul rând în aviație, rachete și tehnologia spațială, unde mai ales mare importanță are o reducere a masei structurilor crescând în același timp rezistența și rigiditatea. Datorită caracteristicilor lor specifice ridicate de rezistență și rigiditate, ele sunt utilizate la fabricarea, de exemplu, a stabilizatorilor orizontali și a flapurilor de aeronave, palelor de elice și containerelor elicopterelor, carene și camere de ardere ale motoarelor cu reacție etc. Utilizarea compozitelor materialele din structurile aeronavelor și-au redus greutatea cu 30-40%, au crescut sarcina utilă fără a reduce viteza și raza de acțiune.

În prezent, materialele compozite sunt utilizate în construcția turbinelor de putere (rotorul turbinei și palete de duză), auto (caroserii și frigidere, piese de motoare), inginerie mecanică (carcase și piese de mașini), industria chimică (autoclave, rezervoare, containere), construcții navale, (cocă de bărci, bărci, elice), etc.

Proprietățile speciale ale materialelor compozite fac posibilă utilizarea lor ca materiale electroizolante (fibră de sticlă), carene radio-transparente (fibră de sticlă), lagăre de alunecare (fibră de carbon) și alte piese.

Materiale compozite cu matrice ceramică. Pentru cele mai ridicate temperaturi de funcționare, ceramica este utilizată ca material de matrice. Ca matrici ceramice sunt utilizate materiale silicate (SiO 2), aluminosilicat (Al 2 O 3 - SiO 2), aluminoborosilicat (Al 2 O 3 - B 2 O 3 - SiO 2), oxizi de aluminiu refractari (Al 2 O 3), zirconiu (ZrO2), beriliu (BeO), nitrură de siliciu (Si3N4), boruri de titan (TiB2) și zirconiu (ZrB2), carburi de siliciu (SiC) și titan (TiC). Compozitele cu matrice ceramică au un punct de topire ridicat, rezistență la oxidare, șoc termic și vibrații și rezistență la compresiune. CM ceramice pe bază de carburi și oxizi cu aditivi pentru pulbere metalică (< 50об. %) называются cermeturi ... Pe lângă pulberile pentru armarea materialelor compozite ceramice, se folosesc fire metalice din wolfram, molibden, niobiu, oțel rezistent la căldură, precum și fibre nemetalice (ceramice și carbon). Utilizarea unui fir metalic creează un cadru de plastic care protejează CM de distrugere în timpul crăpăturii unei matrice ceramice fragile. Dezavantajul materialelor compozite ceramice armate cu fibre metalice este rezistența scăzută la căldură. CM cu o matrice de oxizi refractari (pot fi utilizați până la 1000 ° C), boruri și nitruri (până la 2000 ° C), carburi (peste 2000 ° C) au rezistență ridicată la căldură. La armarea CM-urilor ceramice cu fibre de carbură de siliciu, se obține o rezistență ridicată a legăturii între acestea și matrice în combinație cu rezistența la oxidare la temperaturi înalte, ceea ce face posibilă utilizarea lor pentru fabricarea pieselor puternic încărcate (la temperatură înaltă). rulmenți, garnituri, palete de rotor ale motoarelor cu turbine cu gaz etc.). Principalul dezavantaj al ceramicii - lipsa de plasticitate - este compensat intr-o oarecare masura de fibrele de armare, care inhiba propagarea fisurilor in ceramica.

Compozit carbon-carbon ... Utilizarea carbonului amorf ca material de matrice și a fibrelor de carbon cristalin (grafit) ca material de armare a făcut posibilă crearea unui compozit care poate rezista la încălzire până la 2500 ° C. Un astfel de compozit carbon-carbon este promițător pentru astronautică și aviație extra-atmosferică. Dezavantajul matricei de carbon este potențialul de oxidare și ablație. Pentru a preveni aceste fenomene, compozitul este acoperit cu un strat subțire de carbură de siliciu.

Matricea de carbon, similară ca proprietăți fizice și chimice cu fibra de carbon, oferă stabilitate termică a CCCM

Cel mai aplicare largă a găsit două moduri de a obține compozite carbon-carbon:

1. carbonizarea unei matrice polimerice a unei preforme preformate din fibră de carbon prin tratament termic la temperatură înaltă într-un mediu neoxidant;

2. depunerea de vapori de carbon pirolitic, formate în timpul descompunerii termice a hidrocarburilor în porii substratului din fibră de carbon.

Ambele metode au propriile avantaje și dezavantaje. La crearea CCCM sunt adesea combinate pentru a conferi proprietățile necesare compozitului.

Carbonizarea matricei polimerice. Procesul de carbonizare este un tratament termic al unui produs din fibră de carbon la o temperatură de 1073 K într-un mediu neoxidant (gaz inert, umplutură cu cărbune etc.). Scopul tratamentului termic este de a transforma liantul în cocs. În procesul de carbonizare, are loc distrugerea termică a matricei, însoțită de pierderea de masă, contracție, formarea unui număr mare de pori și, ca urmare, o scădere a proprietăților fizico-mecanice ale compozitului.

Carbonizarea se realizează cel mai adesea în cuptoarele cu rezistență la retortă. Retorta, realizată din aliaj rezistent la căldură, protejează produsul de oxidarea de către oxigenul atmosferic și elemente de incalzireși izolație - de la pătrunderea produselor corozive volatile de piroliză a liantului pe acestea și asigură încălzirea uniformă a volumului de reacție al cuptorului.

Mecanismul și cinetica carbonizării sunt determinate de raportul dintre ratele de disociere a legăturilor chimice și recombinarea radicalilor rezultați. Procesul este însoțit de îndepărtarea compușilor rășinoși în evaporare și a produselor gazoase și formarea de cocs dur, îmbogățit în atomi de carbon. Prin urmare, în procesul de carbonatare punct-cheie este alegerea regimului temperatură-timp, care ar trebui să asigure formarea maximă a reziduului de cocs din liant, deoarece rezistența mecanică a compozitului carbonizat depinde, printre altele, de cantitatea de cocs formată.

Cu cât produsul este mai mare, cu atât procesul de carbonatare ar trebui să fie mai lung. Viteza de creștere a temperaturii în timpul carbonizării este de la câteva grade la câteva zeci de grade pe oră, durata procesului de carbonizare este de 300 de ore sau mai mult. Carbonizarea se termină de obicei în intervalul de temperatură 1073-1773 K, corespunzător intervalului de temperatură al tranziției carbonului în grafit.

Proprietățile CCCM depind în mare măsură de tipul liantului inițial, care este utilizat ca rășini organice sintetice, dând un reziduu ridicat de cocs. Cel mai adesea, rășinile fenol-formaldehidice sunt utilizate în acest scop datorită capacității lor de fabricație, disponibilității unui cost redus, cocsul format în acest proces are o rezistență ridicată.

Rășinile fenol-formaldehidice au anumite dezavantaje. Datorită naturii de policondensare a întăririi lor și a eliberării de compuși volatili, este dificil să se obțină o structură densă omogenă. Cantitatea de contracție în timpul carbonizării lianților fenol-formaldehidă este mai mare decât pentru alte tipuri de lianți utilizați la producerea CCCM, ceea ce duce la apariția unor tensiuni interne în compozitul carbonizat și la scăderea proprietăților sale fizice și mecanice.

Lianții furani dau cocs mai dens. Contracția lor în timpul carbonizării este mai mică, iar rezistența cocsului este mai mare decât cea a rășinilor fenol-formaldehidice. Prin urmare, în ciuda unui ciclu de întărire mai complex, lianții pe bază de furfural, furfurilideneacetone și alcool furilic sunt, de asemenea, utilizați în producția de CCCM.

Cărbunele și smoala de petrol sunt foarte promițătoare pentru obținerea unei matrice de carbon datorită conținutului ridicat de carbon (până la 92-95%) și a numărului mare de cocs. Avantajele smoală față de alți lianți sunt disponibilitatea și costul redus, excluderea solventului din procesul tehnologic, buna grafitizare a cocsului și densitatea sa ridicată. Dezavantajele smocilor includ formarea unei porozități semnificative, deformarea produsului, prezența compușilor cancerigeni în compoziția lor, ceea ce necesită măsuri suplimentare de siguranță.

Datorită eliberării de compuși volatili în timpul distrugerii termice a rășinii din plasticul carbonizat, apare o porozitate semnificativă, care reduce proprietățile fizice și mecanice ale CCCM. Prin urmare, etapa de carbonizare a fibrei de carbon completează procesul de obținere numai a materialelor poroase care nu necesită rezistență ridicată, de exemplu, CCCM cu densitate scăzută în scopuri de izolare termică. De obicei, pentru a elimina porozitatea și a crește densitatea, materialul carbonatat este reimpregnat cu un liant și carbonizat (acest ciclu se poate repeta de mai multe ori). Reimpregnarea se efectuează în autoclave în modul „presiune de vid”, adică mai întâi piesa de prelucrat este încălzită în vid, după care este furnizat un liant și se creează o suprapresiune de până la 0,6-1,0 MPa. În timpul impregnării se folosesc soluții și topituri de lianți, iar porozitatea compozitului scade cu fiecare ciclu, de aceea este necesar să se utilizeze lianți cu vâscozitate redusă. Gradul de compactare în timpul reimpregnării depinde de tipul de liant, numărul de cocs, porozitatea produsului și gradul de umplere a porilor. Odată cu creșterea densității, rezistența materialului crește și în timpul reimpregnării. Această metodă poate fi utilizată pentru a obține CCCM cu o densitate de până la 1800 kg/m 3 și mai mare. Metoda de carbonizare a plasticului armat cu fibră de carbon este relativ simplă, nu necesită echipamente complexe și oferă o bună reproductibilitate a proprietăților materialelor produselor rezultate. Totuși, nevoia de operațiuni multiple de compactare prelungește și crește semnificativ costul procesului de obținere a produselor din CCCM, ceea ce reprezintă un dezavantaj serios al acestei metode.

La primirea CCCM de către metoda de depunere a carbonului pirolitic din faza gazoasa O hidrocarbură gazoasă (metan, benzen, acetilenă etc.) sau un amestec dintr-o hidrocarbură și un gaz diluant (gaz inert sau hidrogen) difuzează prin cadrul poros de fibră de carbon, unde, sub acțiunea temperaturii înalte, hidrocarbura se descompune pe suprafața fibrei încălzite. Pirocarbura depusă creează treptat punți de legătură între fibre. Cinetica de depunere și structura pirocarburilor rezultate depind de mulți factori: temperatură, debitul gazului, presiunea, volumul de reacție etc. Proprietățile compozitelor rezultate sunt determinate și de tipul și conținutul fibrei și de schema de armare.

Procesul de depunere se desfășoară sub vid sau sub presiune în cuptoare cu inducție precum și în cuptoare cu rezistență.

Au fost dezvoltate mai multe metode tehnologice pentru obținerea unei matrice de pirocarburi.

Cu metoda izotermă piesa de prelucrat este într-o cameră încălzită uniform. Uniformitatea încălzirii într-un cuptor cu inducție este asigurată de un element de combustibil - un susceptor din grafit. Hidrocarbura gazoasă este alimentată prin fundul cuptorului și difuzează prin volumul de reacție și țagla; produșii gazoși de reacție sunt îndepărtați printr-o ieșire din capacul cuptorului.

Procesul se desfășoară de obicei la o temperatură de 1173-1423 K și o presiune de 130-2000 kPa. O scădere a temperaturii duce la o scădere a vitezei de depunere și o prelungire excesivă a duratei procesului. O creștere a temperaturii accelerează depunerea carbonului pirolitic, dar, în același timp, gazul nu are timp să se difuzeze în volumul piesei de prelucrat și are loc stratificarea de suprafață a carbonului pirolitic. Procesul durează sute de ore.

Metoda izotermă este de obicei utilizată pentru fabricarea pieselor cu pereți subțiri, deoarece în acest caz porii localizați la suprafața produsului sunt în principal umpluți.

Pentru saturarea volumetrică a porilor și obținerea de produse cu pereți groși, se utilizează metoda non-izotermă, care constă în crearea unui gradient de temperatură în piesa de prelucrat prin aşezarea acesteia pe un dorn sau miez încălzit sau prin încălzirea directă cu curent. Gazul de hidrocarburi este alimentat din lateral cu mai mult temperatura scazuta... Presiunea cuptorului este de obicei atmosferică. Ca rezultat, depunerea de carbon pirolitic are loc în zona cea mai fierbinte. Efectul de răcire al gazului care curge pe suprafață cu viteză mare este principala modalitate de a obține gradientul de temperatură.

O creștere a densității și conductivității termice a compozitului duce la o deplasare a frontului de temperatură de depunere, care asigură în cele din urmă compactarea volumetrică a materialului și producerea de produse cu o densitate mare (1700-1800 kg/m 3).

Metoda izotermă de obținere a CCCM cu o matrice de pirocarburi se caracterizează prin următoarele avantaje: reproductibilitate bună a proprietăților; simplitatea designului tehnic; densitate mare și grafitizare bună a matricei; capacitatea de a procesa mai multe produse în același timp.

Dezavantajele includ: viteză scăzută de sedimentare; depunerea la suprafață de carbon pirolitic; umplerea slabă a porilor mari.

Metoda neizotermă are următoarele avantaje: viteză mare de depunere; posibilitatea umplerii porilor mari; sigiliul volumetric al produsului.

Dezavantajele sale sunt următoarele: design hardware complex; este prelucrat un singur produs; densitatea insuficientă și grafitizarea matricei; formarea de microfisuri.

3.4.4. Tratament termic la temperatură înaltă (grafitizare) al CCCM. Structura materialelor plastice carbonizate și a compozitelor cu o matrice de pirocarburi după compactarea din faza gazoasă este imperfectă. Distanța dintre straturile d 002, care caracterizează gradul de ordonare a matricei de carbon, este relativ mare - peste 3,44 · 10 4 µm, iar dimensiunile cristalelor sunt relativ mici - de obicei nu mai mult de 5 · 10 -3 µm, ceea ce este caracteristic a ordonării bidimensionale a straturilor de bază de carbon. În plus, în timpul procesului de producție, în ele pot apărea tensiuni interne, care pot duce la deformari și distorsiuni ale structurii produsului atunci când aceste materiale sunt utilizate la temperaturi peste temperatura de carbonizare sau depunere de pirocarburi. Prin urmare, dacă este necesar să se obțină un material mai termostabil, se efectuează prelucrarea acestuia la temperatură înaltă. Temperatura finală a tratamentului termic este determinată de condițiile de funcționare, dar este limitată de sublimarea materialului, care se desfășoară intens la temperaturi peste 3273 K. Tratamentul termic se efectuează în cuptoare cu inducție sau cuptoare cu rezistență într-un mediu neoxidant (rambleu cu grafit, vid, gaz inert). Modificările proprietăților materialelor carbon-carbon în timpul tratamentului termic la temperatură înaltă sunt determinate de mulți factori: tipul de umplutură și matrice, temperatura finală și durata tratamentului termic, tipul de mediu și presiunea acestuia și alți factori. La temperaturi ridicate, barierele energetice din materialul de carbon sunt depășite, împiedicând mișcarea compușilor multinucleari, atașarea și reorientarea lor reciprocă cu Mai mult sigilii.

Durata acestor procese este scurtă, iar gradul de conversie este determinat în principal de temperatură. Prin urmare, durata proceselor de tratare termică la temperatură înaltă este mult mai scurtă decât în ​​cazul carbonizării sau precipitațiilor cu pirocarburi și este de obicei de câteva ore. În timpul tratamentului termic la temperatură înaltă a materialelor plastice carbonizate, are loc deformarea ireversibilă a produsului și „vindecarea” treptată a defectelor. Pentru materialele bine grafitizate bazate pe pitch la temperaturi peste 2473 K, se observă o creștere intensă a cristalitelor de carbon ordonate tridimensional până la trecerea la o structură de grafit. În același timp, în materialele plastice carbonizate pe bază de lianți polimerici slab grafitizat, defectele structurale rămân până la 3273 K și materialul rămâne într-o formă structurală negrafitizată.

38.1. Clasificare

Materialele compozite sunt materiale armate cu materiale de umplutură situate într-un anumit mod în matrice. Umpluturile sunt cel mai adesea substanțe cu legături interatomice ridicate, rezistență ridicată și modul ridicat, totuși, în combinație cu matrice fragile, pot fi utilizate și materiale de umplutură foarte plastice.

Componentele liantului sau matricele din materialele compozite pot fi diferite - polimerice, ceramice, metalice sau mixte. În acest din urmă caz, se vorbește de materiale compozite polimerice.

În funcție de morfologia fazelor de armare, materialele compozite se împart în:

zero-dimensional (desemnare: 0,) sau întărit de particule de dispersie diferită, distribuite aleator în matrice;

fibroase unidimensionale (simbol: 1), sau întărite cu fibre continue sau discrete unidirecționale;

stratificat bidimensional (denumirea: 2), sau conţinând lamele sau straturi de armare orientate în mod egal (Fig. 38.1).

Anizotropia materialelor compozite, „proiectate” în avans în scopul utilizării acesteia în structurile corespunzătoare, se numește structurală.

În funcție de dimensiunea fazelor de armare sau de dimensiunea celulei de armare, materialele compozite sunt împărțite după cum urmează:

submicrocompozite (dimensiunea celulei de armare, diametrul fibrei sau particulelor<С 1 мкм), например, дисперсноупрочненные сплавы или волокни­стые композиционные материалы с очень тонкими волокнами:

microcompozite (dimensiunea celulei de armare, diametrul fibrelor, particulelor sau grosimea straturilor ^ 1 micron), de exemplu, materiale armate cu particule, fibre de carbon, carbură de siliciu, bor etc., aliaje eutectice unidirecționale ;

macrocompozite (diametrul sau grosimea componentelor de armare -100 microni), de exemplu, piese din aliaje de cupru sau aluminiu, armate cu sarma sau folie de tungsten sau otel. Macrocompozitele sunt cel mai adesea folosite pentru a crește rezistența la uzură a pieselor de frecare în scule.

38.2. Interacțiunea interfacială în materiale compozite

38.2.1. Compatibilitatea fizico-chimică și termomecanică a componentelor

Combinarea într-un singur material a unor substanțe care diferă semnificativ în compoziția chimică și proprietățile fizice, aduce în prim-plan problema compatibilității termodinamice și cinetice a componentelor în dezvoltarea, fabricarea și îmbinarea materialelor compozite. Sub hermo

compatibilitatea dinamică este înțeleasă ca capacitatea unei matrice și a materialelor de umplutură de armare de a fi într-o stare de echilibru termodinamic pentru un timp nelimitat la temperaturi de producție și de funcționare. Aproape toate materialele compozite create artificial sunt incompatibile termodinamic. Singurele excepții sunt câteva sisteme metalice (Cu-W, Cu-Mo, Ag-W), unde nu există nicio interacțiune chimică și de difuzie între faze pentru un timp nelimitat al contactului lor.

Compatibilitate cinetică - capacitatea componentelor materialelor compozite de a menține un echilibru metastabil în anumite intervale de temperatură-timp. Problema compatibilității cinetice are două aspecte: 1) fizico-chimic - asigurarea unei legături puternice între componente și limitarea proceselor de dizolvare, hetero- și difuzie de reacție la interfețe, care duc la formarea produselor de interacțiune fragile și degradarea rezistenței fazele de armare și materialul compozit în ansamblu; 2) termomecanice - realizarea unei distribuiri favorabile a tensiunilor interne de origine termica si mecanica si reducerea nivelului acestora; asigurarea unei relații raționale între întărirea prin deformare a matricei și capacitatea acesteia de a relaxa tensiunile, prevenind supraîncărcarea și distrugerea prematură a fazelor de călire.

Există următoarele posibilități de îmbunătățire a compatibilității fizico-chimice a matricelor metalice cu umpluturi de armare:

I. Dezvoltarea de noi tipuri de umpluturi de ranforsare care sunt rezistente in contact cu matricele metalice la temperaturi ridicate, de exemplu, fibre ceramice, mustati si particule dispersate din carburi de siliciu, titan, zirconiu, bor, oxizi de aluminiu, zirconiu, nitruri de siliciu, bor , etc.

II Aplicarea acoperirilor de barieră pe materiale de umplutură de armare, de exemplu, acoperiri din metale refractare, carburi de titan, hafniu, bor, nitruri de titan, bor, oxizi de ytriu pe fibre de carbon, bor, carbură de siliciu. Unele acoperiri de barieră pe fibre, în principal metalice, servesc ca mijloc de îmbunătățire a umectării fibrelor prin topituri matrice, ceea ce este deosebit de important în producția de materiale compozite prin metode în fază lichidă. Astfel de acoperiri sunt adesea numite tehnologice

Nu mai puțin important este efectul plastifiant descoperit în timpul aplicării acoperirilor tehnologice, care se manifestă prin stabilizarea și chiar creșterea rezistenței fibrelor (de exemplu, când fibrele de bor sunt aluminizate prin tragerea printr-o baie cu topitură sau când fibrele de carbon sunt nichelat cu tratament termic ulterior).

III. Aplicarea în materiale compozite a matricilor metalice aliate cu elemente cu o afinitate mai mare pentru umplutura de armare decât metalul matricei, sau aditivii tensioactivi. Modificarea rezultată a compoziției chimice a interfețelor ar trebui să împiedice dezvoltarea interacțiunii interfazelor.Alierea aliajelor matrice cu aditivi tensioactivi sau care formează carburi, precum și depunerea de acoperiri tehnologice pe fibre, pot îmbunătăți umecbilitatea armăturii. umplutură prin topituri de metal.

IV. Aliarea matricei cu elemente care măresc potențialul chimic al umpluturii de armare din aliajul matricei sau adăugarea de material de umplutură de armare la concentrațiile de saturație la temperaturi de obținere sau exploatare a materialului compozit. Această aliere previne dizolvarea fazei de armare, adică crește stabilitatea termică a compoziției.

V. Crearea de materiale compozite „artificiale” de tipul compozițiilor eutectice „naturale” prin alegerea compoziției adecvate a componentelor.

Vi. Alegerea duratelor optime de contact a componentelor într-un anumit proces de obținere a materialelor compozite sau în condițiile de funcționare a acestora, adică luând în considerare factorii de temperatură și forță. Durata contactului, pe de o parte, ar trebui să fie suficientă pentru formarea de legături adezive puternice între componente; pe de altă parte, nu duce la interacțiuni chimice intense, formarea de faze intermediare fragile și scăderea rezistenței materialului compozit.

Compatibilitatea termomecanica a componentelor din materialele compozite este asigurata de:

selectarea aliajelor de matrice și umpluturi cu o diferență minimă de module elastice, rapoarte Poisson, coeficienți de dilatare termică;

utilizarea de straturi și acoperiri intermediare și faze de armare, care reduc diferențele de proprietăți fizice ale matricei și fazelor;

trecerea de la armătură cu o componentă de un tip la poliarmare, adică o combinație într-un material compozit de fibre, particule sau straturi de armare care diferă în compoziție și proprietăți fizice;

modificarea geometriei pieselor, schema și scara armăturii; morfologia, dimensiunea și fracția volumică a fazelor de armare; înlocuirea umpluturii continue cu discrete;

alegerea metodelor și modurilor de producție a unui material compozit, oferind un anumit nivel de rezistență a legăturii componentelor sale.

38.2.2. Umpluturi de armare

Pentru armarea matricelor metalice se folosesc materiale de umplutură de înaltă rezistență, cu modul înalt - fibre metalice continue și discrete, nemetalice și ceramice, fibre și particule scurte, mustăți (Tabelul 38.1).

Fibrele de carbon sunt unul dintre cele mai utilizate și mai promițătoare materiale de armare în producție. Un avantaj important al fibrelor de carbon este greutatea lor specifică scăzută, conductivitatea termică apropiată de metale (R = 83,7 W / (m-K)), relativ cost scăzut.

Fibrele sunt furnizate sub formă de mănunchiuri de miofilament drepte sau răsucite, țesături sau panglici din acestea. În funcție de tipul de materie primă, diametrul filamentelor variază de la 2 la 10 microni, numărul de filameite din frânghie variază de la sute la zeci de mii.

Fibrele de carbon sunt foarte rezistente chimice la condițiile atmosferice și la acizii minerali. Rezistența la căldură a fibrelor este scăzută: temperatura de funcționare pe termen lung în aer nu depășește 300-400 ° C. Pentru a crește rezistența chimică în contact cu metalele, pe suprafața fibrei sunt aplicate acoperiri de barieră din boruri de titan și zirconiu, carburi de titan, zirconiu, siliciu și metale refractare.

Fibrele de bor sunt obținute prin precipitarea borului dintr-un amestec gazos de hidrogen și triclorura de bor și un fir de tungsten sau monofilamente de carbon încălzite la o temperatură de 1100-1200 ° C. Când sunt încălzite în aer, fibrele de bor încep să se oxideze la temperaturi de 300-350 ° C, la 600-800 ° C își pierd complet rezistența. Interacțiunea activă cu majoritatea metalelor (Al, Mg, Ti, Fe, Ni) începe la temperaturi de 400-600 ° C. Pentru a crește stabilitatea termică a fibrelor de bor, se aplică straturi subțiri (2-6 μm) de carbură de siliciu (SiC / B / W), carbură de bor (B4C / B / W), nitrură de bor (BN / B / W) în o metodă în fază gazoasă.

Fibrele de carbură de siliciu cu diametrul de 100-200 microni sunt produse prin depunere la 1300 ° C dintr-un amestec vapori-gaz de tetraclorură de siliciu și metan, diluat cu hidrogen în raport de 1: 2: 10 și un fir de wolfram.

sau pitch-mi fibrele de carbon. Cele mai bune mostre de fibre au o rezistență de 3000-4000 MPa la 1100 ° C

Fibrele de carbură de siliciu fără miez sub formă de frânghii multifilameite, obținute din organosilani lichizi prin întindere și piroliză, constau din cristale f) -SiC ultrafine.

Fibrele metalice sunt produse sub formă de sârmă cu diametrul de 0,13; 0,25 și 0,5 mm. Fibrele din oțeluri de înaltă rezistență, aliajele de beriliu sunt destinate în principal pentru armarea matrițelor din aliaje ușoare și titan. Fibrele de metale refractare dopate cu faze de reniu, titan, oxid și carbură sunt folosite pentru a întări aliajele de nichel-crom, titan și alte rezistente la căldură.

Mustatile folosite pentru intarire pot fi metalice sau ceramice. Structura unor astfel de cristale este monocristalină, diametrul este de obicei de până la 10 microni cu un raport lungime/diametru de 20-100. Mustații sunt obținute prin diferite metode: creșterea din acoperiri, depunere electrolitică, depunere dintr-un mediu vapor-gaz, cristalizare din faza gazoasa prin faza lichida. prin mecanismul vapor - lichid - cristal, piroliză, cristalizare din soluții saturate, whiskerization

38.2.3. Aliaje de matrice

În materialele metalice compozite, matricele sunt utilizate în principal din aliaje ușor deformabile și turnate de aluminiu și magneziu, precum și din aliaje de cupru, nichel, cobalt, zinc, staniu, plumb, argint; aliaje rezistente la căldură nichel-crom, titan, zirconiu, vanadiu; aliaje de metale refractare crom și niobiu (tabelul 38 2).

38.2.4. Tipuri de legături și structuri ale interfețelor în materiale compozite

În funcție de materialul de umplutură și matrice, de metodele și modurile de obținere de-a lungul interfețelor materialelor compozite, sunt implementate șase tipuri de legături (Tabelul 38.3). Cea mai puternică legătură între componente în compozițiile cu matrice metalice este asigurată de interacțiunea chimică. Un tip comun de legături este mixt, reprezentat de soluții solide și faze intermetalice (de exemplu, compoziția „fibre de bor aluminiu” obținute prin turnare continuă) sau soluții solide, faze intermetalice și oxidice (aceeași compoziție obținută prin presarea semifabricatelor cu plasmă) , etc.

38.3. Metode de producere a materialelor compozite

Tehnologia de producere a materialelor metalice compozite este determinată de proiectarea produselor, mai ales dacă acestea au o formă complexă și necesită pregătirea îmbinărilor prin sudare, lipire, lipire sau nituire și, de regulă, este multi-tranziție.

Baza elementară pentru producția de piese sau semifabricate (foli, țevi, profile) din materiale compozite este cel mai adesea așa-numitele preimpregnate, sau benzi cu un singur strat de umplutură de armare, impregnate sau acoperite cu aliaje matrice; câlți de fibre impregnate cu metal sau fibre personalizate cu acoperiri din aliaj de matrice.

Piesele si semifabricatele se obtin prin imbinarea (compactarea) preimpregnatelor originale prin impregnare, presare la cald, laminare sau tragere a pachetelor din preimpregnate. Uneori, atât preimpregnatele, cât și produsele din materiale compozite sunt realizate prin aceleași metode, de exemplu, prin tehnologie de pulbere sau turnare, adică în moduri diferite și pe axe tehnologice diferite.

Metodele de preparare a preimpregnatelor, semifabricatelor și produselor din materiale compozite cu matrice metalice pot fi împărțite în cinci grupe principale: 1) fază vapori-gaz; 2) chimice și electrochimice; 3) fază lichidă; 4) fază solidă; 5) fază solid-lichid.

38.4. Proprietățile compozitelor cu matrice metalică

Materialele compozite cu matrice metalice au o serie de avantaje incontestabile față de alte materiale de construcție care sunt concepute pentru a lucra în condiții extreme. Aceste avantaje includ: rezistență ridicată și. rigiditate combinată cu rezistență ridicată la rupere; rezistență specifică și rigiditate ridicată (raportul dintre rezistența finală și modulul elastic la greutatea specifică a/y și E/y); limită mare de oboseală; rezistență ridicată la căldură; sensibilitate scăzută la șoc termic, la defecte de suprafață, proprietăți mari de amortizare, conductivitate electrică și termică, fabricabilitate în proiectare, prelucrare și îmbinare (Tabelul 38 4).

În absența unor cerințe speciale pentru materiale în ceea ce privește conductivitatea termică, conductibilitatea electrică, rezistența la frig și alte proprietăți, intervalele de temperatură pentru funcționarea materialelor compozite se determină după cum urmează:<250 °С - для материалов с полимерными матрицами; >1000 ° С - pentru materiale cu matrici ceramice; Materialele compozite cu matrice metalice acoperă, de exemplu, limitele

Caracteristicile de rezistență ale unor materiale compozite sunt date în tabelul 38 5.

Principalele tipuri de materiale compozite de îmbinare astăzi sunt șuruburi, nituite, lipite, lipite și sudate și combinate. în multe cazuri nu a părăsit încă etapa experimentală

38,5. Probleme de sudabilitate a materialelor compozite

Dacă prin sudabilitate înțelegem capacitatea unui material de a forma îmbinări sudate care nu sunt inferioare acestuia în proprietățile lor, atunci materialele compozite cu matrice metalice, în special cele fibroase, ar trebui clasificate drept materiale greu de sudat. Există mai multe motive pentru aceasta.

I. Metodele de sudare și lipire presupun îmbinarea materialelor compozite peste o matrice metalică. Umplutura de armare într-o cusătură sudată sau lipită sau este complet absentă (de exemplu, în sudurile cap la cap situate pe direcția armăturii în materiale compozite fibroase sau stratificate) sau este prezentă într-o fracțiune de volum redus (când se sudează materiale întărite prin dispersie cu fire). care conține o fază de armare discretă), sau există o încălcare a continuității și direcției armăturii (de exemplu, la sudarea prin difuzie a compozițiilor fibroase pe direcția armăturii). În consecință, o cusătură sudată sau lipită este o secțiune slăbită a unei structuri de material compozit, care necesită luare în considerare la proiectarea și pregătirea îmbinării pentru sudare. În literatură, există propuneri pentru sudarea autonomă a componentelor compoziției pentru a menține continuitatea armăturii (de exemplu, sudarea sub presiune a fibrelor de wolfram într-o compoziție de tungsten - cupru), cu toate acestea, sudarea cap la cap autonomă a materialelor compozite fibroase necesită o pregătire specială a marginilor, respectarea strictă a etapei de armare și este potrivită numai pentru materiale cu fibre metalice armate. O altă propunere este de a pregăti îmbinări cap la cap cu fibre suprapuse la o lungime mai mare decât cea critică, totuși, apar dificultăți în umplerea îmbinării cu material matrice și asigurarea unei legături puternice de-a lungul interfeței fibră-matrice.

II. Este convenabil să se ia în considerare efectul încălzirii prin sudare asupra dezvoltării interacțiunii fizico-chimice într-un material compozit folosind exemplul unei îmbinări formate atunci când un arc topește un material fibros pe direcția armăturii (Fig. 38.2). Dacă metalul matricei nu posedă polimorfism (de exemplu, Al, Mg, Cu, Ni etc.), atunci în îmbinare pot fi distinse 4 zone principale: 1 - zona încălzită la temperatura de retur a matricei (prin analogie cu sudarea a materialelor omogene, vom numi această secțiune materialul principal); 2 - zona limitata de temperaturile de retur si recristalizare a matricei metalice (zona de retur); 3-zona,

limitat de temperaturile de recristalizare si topire ale matricei (zona de recristalizare); 4 - zonă de încălzire deasupra punctului de topire al matricei (să numim această zonă o sudură). Dacă matricea din materialul compozit este aliaje de Ti, Zr, Fe și alte metale cu transformări polimorfe, atunci în zona 3 vor apărea subzone cu recristalizare în fază completă sau parțială a matricei, dar pentru această considerație acest moment este nesemnificativ.

Modificările în proprietățile materialului compozit încep în zona 2. Aici, procesele de recuperare îndepărtează întărirea prin deformare a matricei realizată în timpul compactării în fază solidă a materialului compozit (în compozițiile obținute prin metode în fază lichidă, înmuierea nu se observă în această zonă).

În zona 3, are loc recristalizarea și creșterea granulelor de metal matrice. Datorită mobilității de difuzie a atomilor matricei, devine posibilă dezvoltarea în continuare a interacțiunii interfazelor, care a fost inițiată în producerea materialului compozit, grosimea straturilor fragile crește și proprietățile materialului compozit în ansamblu se deteriorează. Sudarea prin fuziune
peștii obținuți prin metode de compactare în fază solidă a pulberilor sau a materialelor preimpregnate cu o pulbere sau o matrice pulverizată, porozitatea este posibilă de-a lungul limitei de fuziune și a limitelor interfazelor adiacente, ceea ce înrăutățește nu numai proprietățile de rezistență, ci și etanșeitatea îmbinării sudate.

În zona 4 (cusătură de sudură), se pot distinge 3 zone:

Secțiunea 4 „adiacentă axei de sudură, unde, din cauza supraîncălzirii puternice sub arcul topiturii matricei metalice și a celei mai lungi durate de ședere a metalului în starea topită, are loc dizolvarea completă a fazei de armare;

Secțiunea 4 ", caracterizată printr-o temperatură de încălzire mai scăzută a topiturii și o durată mai scurtă de contact a fazei de armare cu topitura. Aici această fază este doar parțial dizolvată în topitură (de exemplu, diametrul fibrelor scade, apar cavități. pe suprafața lor; unidirecționalitatea armăturii este perturbată);

Secțiunea 4 "", în care nu are loc o modificare vizibilă a dimensiunilor fazei de armare, dar se dezvoltă o interacțiune intensă cu topitura, se formează straturi intermediare sau insule de produse de interacțiune fragile, iar rezistența fazei de armare scade. Ca urmare, zona 4 devine zona de deteriorare maximă a materialului compozit în timpul sudării.

III. Datorită diferențelor de dilatare termică a materialului matricei și fazei de armare în îmbinările sudate ale materialelor compozite, apar tensiuni termoelastice suplimentare, care determină formarea diferitelor defecte: fisurare, distrugerea fazelor de armare fragile în zona cea mai încălzită 4 din articulația, delaminarea de-a lungul limitelor de interfază din zona 3.

Pentru a asigura proprietăți ridicate ale îmbinărilor sudate din materiale compozite, se recomandă următoarele.

În primul rând, dintre metodele de îmbinare cunoscute, ar trebui să se acorde preferință metodelor de sudare în fază solidă, în care, datorită energiei de intrare mai scăzute, este posibil să se realizeze o degradare minimă a proprietăților componentelor din zona de îmbinare.

În al doilea rând, modurile de sudare sub presiune ar trebui selectate astfel încât să excludă deplasarea sau strivirea componentei de armare.

În al treilea rând, atunci când sudarea prin fuziune a materialelor compozite, trebuie selectate metode și moduri care să asigure aportul minim de căldură în zona de îmbinare.

În al patrulea rând, sudarea prin fuziune ar trebui recomandată pentru îmbinarea compozitelor cu componente compatibile termodinamic, cum ar fi cupru-tungsten, cupru-molibden, argint-tungsten sau armate cu materiale de umplutură rezistente la căldură, cum ar fi fibre de carbură de siliciu sau materiale de umplutură cu acoperiri de barieră, cum ar fi ca fibre.bor cu acoperiri cu carbură de bor sau carbură de siliciu.

În al cincilea rând, electrodul sau materialul de umplutură sau materialul distanțierilor intermediari pentru sudarea prin topire sau lipire trebuie să conțină aditivi de aliere care să limiteze dizolvarea componentei de armare și formarea de produse casante de interacțiune interfacială în timpul procesului de sudare și în timpul funcționării ulterioare a ansambluri sudate.

38.5.1. Sudarea materialelor compozite

Compozitele fibroase și laminate sunt cel mai adesea suprapuse. Raportul dintre lungimea plăcii și grosimea materialului este de obicei mai mare de 20. Astfel de îmbinări pot fi întărite în continuare cu îmbinări nituite sau cu șuruburi. Împreună cu îmbinările suprapuse, este posibilă realizarea îmbinărilor sudate cap la cap și filet în direcția armăturii și, mai rar, pe direcția armăturii. În primul caz, cu alegerea corectă a metodelor și modurilor de sudare sau lipire, este posibil să se obțină o rezistență egală a conexiunii; în al doilea caz, rezistența de legătură nu depășește de obicei rezistența materialului matricei.

Materialele compozite întărite cu particule, fibre scurte și mustăți sunt sudate folosind aceleași tehnici ca aliajele de întărire prin dispersie sau materialele pulbere. În acest caz, rezistența uniformă a îmbinărilor sudate cu materialul de bază poate fi atinsă cu condiția ca materialul compozit să fie realizat prin tehnologie în fază lichidă, armat cu materiale de umplutură rezistente la căldură și cu selectarea modurilor de sudare adecvate și a consumabilelor de sudare. În unele cazuri, electrodul sau materialul de umplutură poate fi similar sau apropiat ca compoziție cu materialul de bază.

38.5.2. Sudare cu arc protejat cu gaz

Metoda este utilizată pentru sudarea prin fuziune a materialelor compozite cu o matrice de metale reactive și aliaje (aluminiu, magneziu, titan, nichel, crom). Sudarea se realizează cu un electrod neconsumabil într-o atmosferă de argon sau un amestec cu heliu. Pentru a regla efectul termic al sudării asupra materialelor, se recomandă utilizarea unui arc pulsat, arc comprimat sau arc trifazat.

Pentru a crește rezistența îmbinărilor, se recomandă realizarea cusăturilor cu electrozi compoziți sau fire de umplutură cu un conținut volumetric al fazei de armare de 15-20%. Fibrele scurte de bor, safir, nitrură de siliciu sau carbură de siliciu sunt folosite ca faze de armare.

38.5.3. Sudarea cu fascicul de electroni

Avantajele metodei sunt în absența oxidării metalului topit și a umpluturii de armare, degazarea în vid a metalului în zona de sudare, concentrația mare de energie în fascicul, ceea ce face posibilă obținerea îmbinărilor cu o lățime minimă a topirii. zona și zona afectată de căldură. Ultimul avantaj este deosebit de important atunci când se realizează conexiuni ale compozitelor fibroase în direcția armăturii. Cu pregătirea specială a îmbinărilor, este posibilă sudarea cu distanțiere de umplutură.

38.5.4. Sudarea prin puncte cu rezistență

Prezența unei faze de armare într-un material compozit reduce căldura și conductivitatea electrică a acestuia în comparație cu materialul matricei și previne formarea unui miez turnat. S-au obţinut rezultate satisfăcătoare la sudarea în puncte a materialelor compozite subţiri cu straturi de placare. La sudarea foilor de diferite grosimi sau a foilor compozite cu foi metalice omogene, pentru a aduce miezul punctului sudat în planul de contact al foilor și pentru a echilibra diferența de conductivitate electrică a materialului, sunt selectați electrozi cu conductivitate diferită, cu compresia zonei periferice, se folosesc diametrul și raza de curbură a electrozilor, grosimea stratului de placare, garnituri suplimentare.

Rezistența medie a punctului la sudarea plăcilor de aluminiu cu bor armat uniaxial de 0,5 mm grosime (cu o fracțiune de volum a fibrei de 50%) este de 90% din rezistența secțiunii echivalente bor-luminoase. Rezistența de aderență a foilor boraluminoase armate în cruce este mai mare decât cea a foilor armate uniaxiale.

38.5.5. Sudarea prin difuzie

Procesul se desfășoară la presiune înaltă fără utilizarea lipirii. Deci, piesele din materiale boraluminoase care urmează să fie îmbinate sunt încălzite într-o retortă etanșă la o temperatură de 480 ° C la o presiune de până la 20 MPa și menținute în aceste condiții timp de 30-90 de minute. Procesul tehnologic de sudare în puncte cu rezistență la difuzie a boraluminiului cu titan este aproape același ca și pentru sudarea în puncte prin fuziune. Diferența este că modul de sudare și forma electrozilor sunt selectate astfel încât temperatura de încălzire a matricei de aluminiu să fie apropiată de temperatura de topire, dar sub aceasta. Ca rezultat, în punctul de contact se formează o zonă de difuzie cu o grosime de 0,13 până la 0,25 μm.

Specimenele suprapuse prin sudarea prin puncte de difuzie, atunci când sunt testate la tensiune în intervalul de temperatură de 20-120 ° C, eșuează de-a lungul materialului de bază cu o ruptură de-a lungul fibrelor. La o temperatură de 315 ° C, probele sunt distruse prin forfecare la joncțiune.

38.5.6. Sudura prin presa cu pană

Pentru a conecta vârfuri din aliaje structurale convenționale cu țevi sau corpuri din materiale compozite, a fost dezvoltată o metodă de sudare a metalelor diferite, cu duritate foarte diferită, care poate fi numită micro-clinopress. Presiunea de injectie se obtine datorita solicitarilor termice aparute in timpul incalzirii dornului si suportului sculei de sudura prin termocompresie, realizate din materiale cu coeficienti diferiti de dilatare termica (K. TP). Elementele vârfului, pe suprafața de contact a cărora se aplică un fir de pană, sunt asamblate cu o țeavă dintr-un material compozit, precum și cu un dorn și o cușcă. Dispozitivul asamblat este încălzit într-un mediu de protecție la o temperatură de 0,7-0,9 de la punctul de topire al celui mai scăzut metal de topire. Suportul de scule are un CTE mai mare decât suportul. În procesul de încălzire, distanța dintre suprafețele de lucru ale dornului și suport este redusă, iar proeminențele ("pene") firului de la vârf sunt presate în straturile de placare ale țevii. Rezistența conexiunii în fază solidă nu este mai mică decât rezistența matricei sau a metalului placat.

38.5.7. Sudarea prin explozie

Sudarea prin explozie este utilizată pentru îmbinarea tablelor, profilelor și țevilor din materiale metalice compozite, armate cu fibre metalice sau straturi cu proprietăți plastice suficient de mari pentru a evita strivirea fazei de armare, precum și pentru îmbinarea materialelor compozite cu ondulații din diverse metale și aliaje. Rezistența îmbinărilor este de obicei egală sau chiar mai mare (datorită întăririi prin deformare) rezistența materialului matricei cel mai puțin rezistent utilizat în piesele de îmbinat. Pentru a crește rezistența îmbinărilor, se folosesc distanțiere intermediare din alte materiale.

Articulațiile sunt de obicei lipsite de pori sau fisuri. Zonele topite din zona de tranziție, în special în timpul exploziei de metale diferite, sunt amestecuri de faze de tip eutectic.

38.6. Lipirea materialelor compozite

Procesele de lipire sunt foarte promițătoare pentru îmbinarea materialelor compozite, deoarece pot fi efectuate la temperaturi care nu afectează umplutura de armare și nu provoacă dezvoltarea interacțiunii interfazelor.

Lipirea se realizează folosind tehnici obișnuite, adică prin scufundare în lipire sau într-un cuptor. Problema calității pregătirii suprafeței pentru lipire este foarte importantă. Îmbinările lipite prin flux sunt susceptibile la coroziune, astfel încât fluxul trebuie îndepărtat complet din îmbinări.

Lipire cu lipituri dure și moi

Au fost dezvoltate mai multe opțiuni pentru lipirea aluminiului cu bor. Au fost testate lipituri pentru lipire la temperatură scăzută. Lipiturile din compoziția 55% Cd -45% Ag, 95% Cd -5% Ag, 82,5% Cd-17,5% Zn sunt recomandate pentru piesele care funcționează la temperaturi nu mai mari de 90 ° C; lipire din compoziție 95% Zn - 5% Al - pentru temperaturi de funcționare de până la 315 ° С. Pentru a îmbunătăți umezirea și întinderea lipiturii, pe suprafețele de îmbinat se aplică un strat de nichel cu o grosime de 50 μm. Lipirea la temperatură înaltă se realizează folosind aliaje de lipire eutectice ale sistemului aluminiu-siliciu la temperaturi de ordinul 575-615 ° C. Timpul de lipit trebuie redus la minimum datorită riscului de degradare a rezistenței fibrelor de bor.

Principalele dificultăți în lipirea compozițiilor de aluminiu-carbon atât între ele, cât și cu aliajele de aluminiu sunt asociate cu umecbilitatea slabă a aluminiului-carbon cu lipituri. Cele mai bune lipituri sunt aliajul 718 (A1-12% Si) sau straturile alternative de folie din aliajul 6061. Lipirea se efectuează într-un cuptor în atmosferă de argon la o temperatură de 590 ° C timp de 5-10 minute. Pentru a conecta boraluminiu și carbon-aluminiu cu titan, pot fi utilizate aliaje de lipire ale sistemului aluminiu-siliciu-magneziu. Pentru a crește rezistența aderării, se recomandă aplicarea unui strat de nichel pe suprafața de titan.

Lipire prin difuzie eutectică. Metoda constă în aplicarea unui strat subțire din cel de-al doilea metal pe suprafața pieselor de sudat, care formează cu metalul matrice un eutectic. Pentru matricele din aliaje de aluminiu se folosesc straturi de Ag, Cu, Mg, Ge, Zn, a căror temperatură eutectică cu aluminiu este de 566, 547, 438, 424, respectiv 382 ° C. Ca urmare a procesului de difuzie, concentrația celui de-al doilea element în zona de contact scade treptat, iar punctul de topire al compusului crește, apropiindu-se de temperatura de topire a matricei. Astfel, îmbinările de lipit pot funcționa la temperaturi mai mari decât temperatura punks.

În lipirea prin difuzie a boraluminiului, suprafețele pieselor de îmbinat sunt acoperite cu argint și cupru, apoi comprimate și menținute sub presiune până la 7 MPa la o temperatură de 510-565 ° C într-o retortă de oțel în vid sau în o atmosferă inertă.

Acest tip de materiale compozite include materiale precum SAP (pulbere de aluminiu sinterizată), care sunt armate cu aluminiu cu particule dispersate de oxid de aluminiu. Pulberea de aluminiu se obține prin pulverizarea metalului topit, urmată de măcinarea în mori cu bile până la o dimensiune de aproximativ 1 micron în prezența oxigenului. Odată cu creșterea duratei de măcinare, pulberea devine mai fină și crește conținutul de oxid de aluminiu din ea. O altă tehnologie pentru producția de produse și semifabricate de la SAP include presarea la rece, presinterizarea, presarea la cald, laminarea sau extrudarea unei țagle de aluminiu sinterizat sub formă de produse finite care pot fi supuse unui tratament termic suplimentar.

Aliajele SAP sunt utilizate în tehnologia aviației pentru fabricarea pieselor cu rezistență specifică ridicată și rezistență la coroziune, funcționând la temperaturi de până la 300 - 500 ° C. Ele sunt folosite pentru a face tije de piston, palete de compresor, carcase de elemente de combustibil și tuburi schimbătoare de căldură.

Armarea aluminiului și aliajelor sale cu sârmă de oțel mărește rezistența acestora, crește modulul de elasticitate, rezistența la oboseală și extinde intervalul de temperatură al materialului.

Armarea cu fibre scurte se realizează prin metode de metalurgie a pulberilor, constând în presare urmată de hidroextrudarea sau laminarea țaglelor. La armarea compozițiilor de tip sandviș cu fibre continue, formate din straturi alternative de folie și fibre de aluminiu, se utilizează laminarea, presarea la cald, sudarea prin explozie și sudarea prin difuzie.

Un material foarte promițător este compoziția sârmei de aluminiu-beriliu, care realizează proprietățile fizice și mecanice ridicate ale armăturii cu beriliu și, în primul rând, densitatea scăzută și rigiditatea specifică ridicată. Compozițiile se obțin cu sârmă de beriliu prin sudarea prin difuzie a pachetelor de straturi alternative de sârmă de beriliu și foi de matrice. Din aliaje de aluminiu, armate cu fire de oțel și beriliu, sunt realizate părți ale corpului rachetei și rezervoare de combustibil.

În compoziția „fibre de aluminiu – carbon” combinația de densitate scăzută a armăturii și matricei permite crearea de materiale compozite cu rezistență și rigiditate specifică ridicate. Dezavantajul fibrelor de carbon este fragilitatea lor și reactivitatea ridicată. Compozitia aluminiu-carbon se obtine prin impregnarea fibrelor de carbon cu metal lichid sau prin metode de metalurgie a pulberilor. Din punct de vedere tehnologic, este cel mai simplu fezabil să trageți mănunchiuri de fibre de carbon printr-o topitură de aluminiu.

Compozitul aluminiu-carbon este utilizat în construcția rezervoarelor de combustibil ale luptătorilor moderni. Datorită rezistenței specifice ridicate și rigidității materialului, masa rezervoarelor de combustibil este redusă cu 30%. Acest material este, de asemenea, utilizat pentru fabricarea palelor de turbine pentru motoarele cu turbine cu gaz de avioane.

Compozite cu matrice nemetalice

Materialele compozite cu o matrice nemetalica sunt utilizate pe scara larga in industrie. Materialele polimerice, carbon și ceramice sunt utilizate ca matrici nemetalice. Dintre matricele polimerice, cele mai răspândite sunt epoxidice, fenol-formaldehidă și poliamidă. Matricele de carbon sunt cocsificate sau obținute din polimeri sintetici supuși pirolizei (descompunere, descompunere). Matricea leagă compoziția, dându-i formă. Intaritorii sunt fibre: sticla, carbon, borice, organice, pe baza de mustati (oxizi, carburi, boruri, nitruri etc.), precum si metale (sarme), care au rezistenta si rigiditate ridicata.

Proprietățile materialelor compozite depind de compoziția componentelor, combinația lor, raportul cantitativ și rezistența legăturii dintre ele.

Conținutul de întăritor în materiale orientate este de 60 - 80 vol. %, în neorientat (cu fibre și mustăți discrete) - 20 - 30 vol. %. Cu cât rezistența și modulul elastic al fibrelor sunt mai mari, cu atât rezistența și rigiditatea materialului compozit sunt mai mari. Proprietățile matricei determină rezistența la forfecare și compresiune a compoziției și rezistența la rupere prin oboseală.

După tipul de întăritor, materialele compozite sunt clasificate în fibră de sticlă, fibră de carbon cu fibră de carbon, fibră de bor și fibră organică.

În materialele stratificate, fibrele, firele, benzile impregnate cu un liant sunt așezate paralel între ele în planul de așezare. Straturile plane sunt colectate în plăci. Proprietățile se obțin anizotrope. Pentru ca materialul să funcționeze în produs, este important să se țină cont de direcția sarcinilor care acționează. Puteți crea materiale atât cu proprietăți izotrope, cât și cu proprietăți anizotrope. Este posibilă așezarea fibrelor în unghiuri diferite, variind proprietățile compozitelor. Rigiditățile la încovoiere și la torsiune ale materialului depind de ordinea stivuirii straturilor de-a lungul grosimii pachetului.

Se folosește așezarea întăritorilor din trei, patru sau mai multe fire (Fig. 7). Structura a trei fire reciproc perpendiculare are cea mai mare aplicație. Întăritorii pot fi amplasați în direcții axiale, radiale și circumferențiale.

Materialele tridimensionale pot fi de orice grosime sub formă de blocuri, cilindri. Țesăturile voluminoase măresc rezistența la exfoliere și rezistența la forfecare în comparație cu țesăturile stratificate. Sistemul cu patru fire este construit prin plasarea întăritorului de-a lungul diagonalelor cubului. Structura celor patru fire este în echilibru, are o rigiditate crescută la forfecare în planurile principale. Cu toate acestea, crearea a patru materiale direcționale este mai dificilă decât a crea trei materiale direcționale.

Orez. 7. Schema de armare a materialelor compozite: 1- dreptunghiular, 2-hexagonal, 3- oblic, 4- cu fibre indoite, 5 - un sistem de n fire

Materialele antifrictiune pe baza de politetrafluoretilena (PTFE) sunt cele mai eficiente din punct de vedere al utilizarii in cele mai dure conditii de frecare uscata.

Pentru PTFE, un coeficient static de frecare destul de ridicat este caracteristic, cu toate acestea, în procesul de frecare de alunecare, pe suprafața PTFE se formează un strat foarte subțire de polimer foarte orientat, care ajută la egalizarea coeficienților statici și dinamici de frecare și netezi. mișcare în timpul alunecării. Când direcția de alunecare este schimbată, prezența unei pelicule de suprafață orientată determină o creștere temporară a coeficientului de frecare, a cărui valoare scade din nou pe măsură ce stratul de suprafață este reorientat. Acest comportament de frecare a PTFE a condus la utilizarea sa pe scară largă în industrie, unde PTFE neumplut este utilizat în principal pentru producția de rulmenți. În multe cazuri, rulmenții nelubrifiați trebuie să funcționeze la rate de frecare mai mari. În acest caz, PTFE neumplut se caracterizează prin valori ridicate ale coeficientului de frecare și ale vitezei de uzură. Materialele compozite, de cele mai multe ori bazate pe PTFE, au găsit o largă aplicație ca materiale pentru rulmenți nelubrifiați care funcționează în astfel de condiții.

Cea mai simplă modalitate de a reduce rata de uzură relativ mare a PTFE în timpul frecării uscate este introducerea materialelor de umplutură sub formă de pulbere. Aceasta crește rezistența la fluaj la compresiune și se observă o creștere semnificativă a rezistenței la uzură prin frecare uscată. Introducerea cantității optime de umplutură face posibilă creșterea rezistenței la uzură de până la 10 4 ori.

Polimerii și materialele compozite bazate pe acestea au un set unic de proprietăți fizice și mecanice, datorită cărora concurează cu succes cu oțelurile și aliajele structurale tradiționale și, în unele cazuri, fără utilizarea materialelor polimerice, este imposibil să se asigure funcționalitatea necesară. caracteristicile și performanța produselor și mașinilor speciale. Fabricabilitatea ridicată și consumul redus de energie al tehnologiilor de prelucrare a materialelor plastice în produse în combinație cu avantajele menționate mai sus ale PCM le fac materiale foarte promițătoare pentru piesele de mașini în diverse scopuri.

Umplutura pulbere este introdusă în matricea materialului compozit pentru a realiza proprietățile inerente materialului de umplutură în proprietățile funcționale ale compozitului. În compozitele sub formă de pulbere, matricea este în principal metale și polimeri. Compozitele pulbere cu o matrice polimerică au numele „Mase plastice”.

Compozite cu matrice metalică

Compozite cu matrice metalică. Compozitele sub formă de pulbere cu matrice metalică sunt obținute prin presarea la rece sau la cald a unui amestec de matrice și pulberi de umplutură, urmată de sinterizarea semifabricatului rezultat într-un mediu inert sau reducător la temperaturi de aproximativ 0,75 T pl matrice metalică. Uneori procesele de presare și sinterizare sunt combinate. Tehnologia de producere a compozitelor sub formă de pulbere se numește "Metalurgia pulberilor". Metalurgia pulberilor este folosită pentru a produce cermeturi și aliaje cu proprietăți deosebite.

Cermete numite materiale compozite cu o matrice metalică, al căror umplutură sunt particule dispersate de ceramică, cum ar fi carburi, oxizi, boruri, siliciuri, nitruri etc. Cobaltul, nichelul și cromul sunt utilizate în principal ca matrice. Cermeturile combină duritatea și rezistența la căldură și rezistența la căldură a ceramicii cu vâscozitatea ridicată și conductivitatea termică a metalelor. Prin urmare, cermeturile, spre deosebire de ceramică, sunt mai puțin fragile și sunt capabile să reziste la scăderi mari de temperatură fără distrugere.

Cermeturile sunt cele mai utilizate pe scară largă în producția de unelte pentru prelucrarea metalelor. Aliaje dure sub formă de pulbere se numesc cermet de scule.

Umplutura pulbere din aliaje dure sunt carburi sau carbonitruri într-o cantitate de 80% sau mai mult. În funcție de tipul de umplutură și de metalul care servește ca matrice a compozitului, aliajele dure sub formă de pulbere sunt împărțite în patru grupe:

• 1) WC-Co - tip monocarbură BK;
• 2) WC-TiC-Co - tip TK cu două carburi,
• 3) WC-TiC-TaC-Co - tip TTK cu trei carburi;
• 4) TiC și TiCN- (Ni + Mo) - aliaje pe bază de carbură și carbonitrură de titan - fără tungsten tip TH și KNT.

aliaje VK. Aliajele sunt marcate cu literele VK și un număr care arată conținutul de cobalt. De exemplu, compoziția aliajului VK6 este de 94% WC și 6% Co. Rezistența la căldură a aliajelor VK este de aproximativ 900 ° C. Aliajele din acest grup au cea mai mare rezistență în comparație cu alte aliaje dure.

aliaje TK. Aliajele sunt desemnate printr-o combinație de litere și numere. Numărul de după T indică conținutul de carbură de titan din aliaj, după K - cobalt. De exemplu, compoziția aliajului T15K6: TiC - 15%, Co - 6%, restul, 79% - WC. Duritatea aliajelor TK datorită introducerii unei carburi de titan mai dure în materialul de umplutură este mai mare decât duritatea aliajelor VK. De asemenea, au un avantaj în rezistența la căldură - 1000 ° C, dar rezistența lor este mai mică cu un conținut egal de cobalt.

Aliaje TTK (TT7K12, TT8K, TT20K9). Denumirea aliajelor TTK este similară cu TK. Numărul de după a doua literă T indică conținutul total de carburi TiC și TaC.

Cu rezistență la căldură egală (1000 ° C), aliajele TTK depășesc aliajele TK cu același conținut de cobalt atât ca duritate, cât și ca rezistență. Cel mai mare efect al alierei cu carbură de tantal se manifestă sub sarcini ciclice - durata de viață la oboseală la impact crește de până la 25 de ori. Prin urmare, aliajele care conțin tantal sunt utilizate în principal pentru condiții severe de tăiere cu sarcini mari de putere și temperatură.

Aliaje TN, KNT. Acestea sunt aliaje dure fără wolfram (BHTS) pe bază de carbură de titan și carbonitrură cu nichel-molibden, nu liant de cobalt.

În ceea ce privește rezistența la căldură, BVTS este inferior aliajelor care conțin tungsten, rezistența la căldură a BVTS nu depășește 800 ° C. Rezistența și modulul lor de elasticitate sunt, de asemenea, mai mici. Capacitatea termică și conductibilitatea termică a BVTS este mai mică decât cea a aliajelor tradiționale.

În ciuda costului relativ scăzut, utilizarea pe scară largă a BVTS pentru fabricarea sculelor de tăiere este problematică. Cel mai indicat este să folosiți aliaje fără wolfram pentru fabricarea instrumentelor de măsurare (blocuri de capăt, calibre) și de desen.

Matricea metalică este, de asemenea, utilizată pentru a lega umplutura de pulbere din diamant și nitrură de bor cubică, care sunt denumite în mod colectiv materiale superhard (STM). Materialele compozite umplute cu STM sunt folosite ca instrumente de prelucrare.

Alegerea matricei pentru umplutura cu pulbere de diamant este limitată de rezistența scăzută la căldură a diamantului. Matricea ar trebui să ofere un regim termochimic pentru lipirea fiabilă a granulelor de umplutură de diamant, excluzând arderea sau grafitizarea diamantului. Bronzurile de staniu sunt cele mai utilizate pe scară largă pentru a lega materiale de umplutură cu diamante. Rezistența mai mare la căldură și inerția chimică a nitrurii de bor fac posibilă utilizarea lianților pe bază de fier, cobalt și aliaj dur.

Instrumentul cu STM este realizat în principal sub formă de cercuri, a căror prelucrare se realizează prin șlefuirea suprafeței materialului prelucrat cu un cerc rotativ. Roțile abrazive pe bază de diamant și nitrură de bor sunt utilizate pe scară largă pentru ascuțirea și finisarea sculelor de tăiere.

Când se compară sculele abrazive pe bază de diamant și nitrură de bor, trebuie remarcat faptul că aceste două grupuri nu concurează între ele, ci au propriile lor zone de utilizare rațională. Acest lucru este determinat de diferențele dintre proprietățile lor fizice, mecanice și chimice.

Avantajele diamantului ca material de sculă față de nitrura de bor includ faptul că conductivitatea sa termică este mai mare, iar coeficientul de dilatare termică este mai scăzut. Factorul determinant este însă capacitatea mare de difuzie a diamantului în raport cu aliajele pe bază de fier - oțeluri și fonte și, dimpotrivă, inerția nitrurii de bor față de aceste materiale.

La temperaturi ridicate, se observă o interacțiune activă de difuzie a diamantului cu aliajele pe bază de fier. La temperaturi sub os

Adecvarea unui diamant în aer are limitări de temperatură. Diamantul începe să se oxideze într-un ritm vizibil la o temperatură de 400 ° C. La temperaturi mai ridicate, arde cu eliberarea de dioxid de carbon. De asemenea, limitează performanța sculelor cu diamant în comparație cu sculele cu nitrură de bor cubică. O oxidare notabilă a nitrurii de bor în aer se observă numai după o oră de expunere la o temperatură de 1200 ° C.

Limita de temperatură a performanței diamantului într-un mediu inert este limitată de transformarea sa într-o formă stabilă termodinamic de carbon - grafit, care începe atunci când este încălzită la 1000 ° C.

Un alt domeniu larg de aplicare a cermeturilor este utilizarea lor ca material structural la temperatură înaltă pentru obiecte de tehnologie nouă.

Proprietățile de serviciu ale compozitelor sub formă de pulbere cu o matrice metalică sunt determinate în principal de proprietățile umpluturii. Prin urmare, pentru materialele compozite pulbere cu o proprietate specială, cea mai comună clasificare este după domeniul de aplicare.

Acest tip de materiale compozite include materiale precum SAP (pulbere de aluminiu sinterizată), care sunt armate cu aluminiu cu particule dispersate de oxid de aluminiu. Pulberea de aluminiu se obține prin pulverizarea metalului topit, urmată de măcinarea în mori cu bile până la o dimensiune de aproximativ 1 micron în prezența oxigenului. Odată cu creșterea duratei de măcinare, pulberea devine mai fină și crește conținutul de oxid de aluminiu din ea. O altă tehnologie pentru producția de produse și semifabricate de la SAP include presarea la rece, presinterizarea, presarea la cald, laminarea sau extrudarea unei țagle de aluminiu sinterizat sub formă de produse finite care pot fi supuse unui tratament termic suplimentar.

Aliajele SAP sunt utilizate în tehnologia aviației pentru fabricarea pieselor cu rezistență specifică ridicată și rezistență la coroziune, funcționând la temperaturi de până la 300–500 ° C. Ele sunt folosite pentru a face tije de piston, palete de compresor, carcase de elemente de combustibil și tuburi schimbătoare de căldură.

Armarea aluminiului și aliajelor sale cu sârmă de oțel mărește rezistența acestora, crește modulul de elasticitate, rezistența la oboseală și extinde intervalul de temperatură al materialului.

Armarea cu fibre scurte se realizează prin metode de metalurgie a pulberilor, constând în presare urmată de hidroextrudarea sau laminarea țaglelor. La armarea compozițiilor de tip sandviș cu fibre continue, formate din straturi alternative de folie și fibre de aluminiu, se utilizează laminarea, presarea la cald, sudarea prin explozie și sudarea prin difuzie.

Un material foarte promițător este compoziția „aluminiu - sârmă de beriliu”, care realizează proprietățile fizice și mecanice ridicate ale armăturii cu beriliu și, în primul rând, densitatea scăzută și rigiditatea specifică ridicată. Compozițiile se obțin cu sârmă de beriliu prin sudarea prin difuzie a pachetelor de straturi alternative de sârmă de beriliu și foi de matrice. Din aliaje de aluminiu, armate cu fire de oțel și beriliu, sunt realizate părți ale corpului rachetei și rezervoare de combustibil.

În compoziția „fibre de aluminiu – carbon” combinația de densitate scăzută a armăturii și matricei permite crearea de materiale compozite cu rezistență și rigiditate specifică ridicate. Dezavantajul fibrelor de carbon este fragilitatea lor și reactivitatea ridicată. Compozitia "aluminiu - carbon" se obtine prin impregnarea fibrelor de carbon cu metal lichid sau prin metode de metalurgie a pulberilor. Din punct de vedere tehnologic, este cel mai simplu fezabil să trageți mănunchiuri de fibre de carbon printr-o topitură de aluminiu.

Compozitul aluminiu-carbon este utilizat în proiectarea rezervoarelor de combustibil ale luptătorilor moderni. Datorită rezistenței specifice ridicate și rigidității materialului, masa rezervoarelor de combustibil este redusă cu
treizeci la sută. Acest material este, de asemenea, utilizat pentru fabricarea palelor de turbine pentru motoarele cu turbine cu gaz de avioane.