Особенности получения км твердофазными методами

В твердофазных методах получения КМ материал матрицы имеет вид порошка, фольги, листов, ленты; волокна могут быть непрерывные, дискретные, в виде ткани и жгутов. Для получения КМ используют высокопроизводительные процессы обработки давлением: прокатку (тёплую или горячую), прессование в пресс-формах с обогреваемыми плитами, динамическое горячее прессование, горячее прессование, экструзию, взрывное компактирование, диффузионную сварку. В качестве исходных заготовок для обработки в твёрдой фазе используются КМ, полученные литьём или методом осаждения  напыления.

К способам осаждения относятся газопарофазный, газотермический, электролитический и химический.

Газопарофазными способами на армирующие волокна наносят барьерные или технологические покрытия, обеспечивающие их защиту от разрушения при взаимодействии волокна с материалом матрицы. Их фазовый состав (чаще всего нитриды, бориды, оксиды, карбиды) выбирают исходя из физико-химической и термомеханической совместимости армирующих волокон и материала матрицы. Покрытия получают в результате либо разложения летучих карбонильных соединений металлов, либо испарения металлов и сплавов при термическом воздействии электронным лучом или ионными пучками.

Газотермическим плазменным напылением наносят покрытия из матричного материала на армирующие волокна без существенного повышения температуры волокон. Прочность сцепления покрытия с основой определяется механическим сцеплением частиц напыляемого металла или сплава с шероховатой поверхностью, силами адгезии и химическим взаимодействием. Прочность связи плазменных покрытий значительно ниже, чем покрытий, получаемых металлизацией, испарением или конденсацией в вакууме.

Электролитические способы позволяют получать композиционные материалы в результате осаждения матричного материала на нитевидные кристаллы и волокна, которые непрерывно находятся в контакте с катодом. Процесс протекает при низкой температуре и в отсутствие давления, что практически полностью исключает разрушение волокон и вредное влияние температурного фактора. Покрытие получается плотным, беспористым в том случае, если оно равномерно покрывает поверхность волокон и пространство между ними. Пористость наблюдается при использовании волокон бора, карбида бора или металлических волокон диаметром более 100 мкм.

Химические способы позволяют осаждать металлические покрытия на непроводящие ток упрочнители в виде нитевидных кристаллов (сапфир), а также на углеродные волокна (ленты, пряди). Металлическая плёнка точно воспроизводит профиль волокна, и её толщина легко контролируется параметрами технологического процесса. Сущность химического метода осаждения покрытий заключается в восстановлении ионов металлов на поверхности покрываемого вещества.

Методом химического осаждения получают покрытия толщиной до 30 мкм и более. Наиболее широко используют осаждение на упрочнители никеля, в меньшей степени  меди, хрома, кобальта.

3.1. Технология изготовления слоистых композиционных материалов

Слоистые материалы в виде листов, труб, прутков, лент, заготовок изготавливают прессованием, прокаткой, волочением, центробежным литьём, диффузионной сваркой, сваркой взрывом, пайкой и склеиванием из исходных компонентов. Соединение компонентов по большой площади контакта требует при жидкофазном методе смачиваемости компонентов, при твердофазном  определённого давления и температуры для протекания диффузионных процессов и определённого времени выдержки.

Выбор компонентов слоистых КМ осуществляют, исходя из их совместимости (механической и химической) в условиях изготовления и эксплуатации.

Для соединения компонентов необходимо очистить поверхности от загрязнений, оксидов, масел. Процессу соединения в твёрдой фазе сопутствует пластическая деформация, которая для большинства сплавов ведётся в нагретом состоянии. Соединение компонентов при диффузионной сварке, основанное на процессе диффузии, осуществляется в вакууме.

Сварка взрывом слоистых КМ позволяет соединить любые материалы с высокой прочностью, в том числе без нагрева, без вакуума за счёт высоких удельных давлений в условиях косого соударения свариваемых материалов и эффекта самоочистки свариваемых поверхностей.