11.3 Технология получения керамических композиционных материалов.

Основной технологией получения изделий из ККМ является порошковая металлургия, которая включает операции дозирования, смешивания, холодного прессования и последующего спекания. Важной особенностью этой технологии является обеспечения пространственного расположения компонентов по сечению изделия. Для снижения межчастичного трения используют специальные технологические среды в виде растворов солей, полимеров, восков и других легкоплавких сред. Полученную смесь называют шлигером. Шлигер, имеющий тестообразную консистенцию, заполняет рабочую полость формы и способствует заданному распределению компонента. Затем путем заданной обработке пластификатор удаляется и производится уплотнение и спекание изделия. Материалы, содержащие длинномерные армирующие компоненты (сетки, фольги, волокна) формируют по специальной технологии. В начале из шлигера формируется поверхность, а затем укладывается арматура и опять заполняется шлигером. Далее удаляют шлигер и изделие спекают.

Для обеспечения заданной степени уплотнения применяют вибрации, магнитные поля, ультразвук и другие специальные воздействия. Заключительной стадией формирования изделия является спекание полуфабриката в высокотемпературных печах. Как правило проводят спекание в защитных средах. Разработана технология спекания путем пропуска через заготовку электрического тока, который вызывает нагрев компонентов до температур близких к температурам плавления.

Заготовки из ККМ как правило обладают чрезвычайно высокой прочностью и твердостью. Поэтому они имеют минимальный припуск на дополнительную механическую обработку. Для окончательной обработки используют твердосплавный, алмазный инструмент, лазерную обработку, ионное травление и другие высокоэнергетические технологии

11.4 Композиционные материалы на неорганической матрице.

КМ на неорганической матрице – это КМ, получаемые путем спекания неорганического сырья природного или синтетического происхождения и функциональных компонентов.

Керамические композиционные материалы (ККМ).

Классификация ККМ: 1) По виду сырья: материалы на оксидной или технической керамике (оксиды AL , циркония, Mg, Ti, U); материалы на безоксидной керамике (карбиды, бориды, силициды, нитриды). 2) По структурным признакам: дисперсные армированные; эвтектич.; слоистые. Дисперс. ККМ сост. из порошкообр. компонентов. Дополнительно в их состав могут быть введены армирующие волокна, сетки, фольги. Эвтектические ККМ сост. из Ме и оксида, кот. образуют эвтектику. Направленная кристаллизация эвтектики приводит к увелич. прочностных хар-к композита. Они облад. большой устойч. к возд. темпер., чем дисперсные. Слоистые ККМ сост. из слоев компонентов различ. состава. Слои формируются из порошкообр. компонентов, гранул, фольг, кот. располаг. в опред. послед. 3) По технологии получ.: спеченные; пропитанные.

Принципы выбора компонентов ККМ.

При выборе компонентов ККМ важнейшей хар-кой явл. способность компонентов вступать в хим. взаимод. др. с др. По этому критерию разделяют 3 основных вида материалов: 1 – компоненты вступают в хим. взаимод. с матрицей в широком интервале температур, 2 – компоненты вступают только при повыш. темпер. 3 – компоненты не вступ. в хим. взаимод. Получить хорошие прочностные хар-ки у компонентов, не вступающих во взаимод., как правило, не удается, поэтому примен. спец. методы подготовки, увеличивающие взаимод. на границе раздела. Одним из методов явл. введение в систему спец. компонента, взаимодействующего как с керамикой, так и с Ме. Такими компонентами могут быть карбиды, нитриды или др. соед. Для получ. качественного ККМ необходимо соблюдать критерий Таммана, кот. установил, что совместимость компонентов определяется значением температуры, коррегирующей с темп. плавл. Для силикатов – это 0,7 – 0,8 температуры плавл., для оксидов – 0,8 – 0,9; для чистых Ме – 0,4 – 0,5. При приложении внешнего давл. на сист. при данных темпер. подвижность структурных элементов достаточна для образов. прочных связей между частицами. Если компоненты очень существенно отличаются по темп. плавл., то в состав вводят третий компонент, кот. образует на границе раздела жидкую фазу, повышающую совместимость компонентов. Важнейшее значение для ККМ имеет смачиваемость компонентов расплавом матричной керамики. Для повышения смач. армирующие компоненты подвергают травлению, оксидированию, вискилизации (выращ. нитевидных кристаллов на поверхн. волокна). Свойства ККМ завис. от термодинам. совместимости компонентов. Сущ. определенные для каждого композита параметры темпер., давл., соотношения компонентов, состава газовой среды, кот. обеспечивают оптим. совместимость. Важное влияние на прочностные хар-ки оказывает коэф. лин. термического расшир. компонентов. Различия в показателях лин. расшир. могут привести к разруш. адгез. связи на границе раздела. Разработан оригинальн. сп-б управл. показателями тепл. расшир. компонентов путем введения целевой добавки, кот. сост. из 2 компонентов. Один компонент при нагревании расширяется, а другой – сжимается. К числу первых компонентов относят большинство Ме, ко вторым – редкоземельные Ме. Изменяя соотношения этих компонентов можно подобрать линейное расширение, приемлемый для матрицы и наполнителя.