Лекция № 3 Тема: «композиционные материалы на керамической матрице»

1. Композиционные материалы на керамической матрице.

2. Классификация керамических композиционных материалов.

3. Дисперсные керамические композиционные материалы.

4. Армированные керамические композиционные материалы.

5. Эвтектические керамические композиционные материалы.

6. Слоистые керамические композиционные материалы.

7. Углерод-углеродные композиционные материалы.

Композиционные материалы на керамической матрице

Керамическими называют композиционные материалы, в состав которых входят керамическая матрица и металлические или неметаллические наполнители. В качестве матриц используют оксиды металлов и безкислородные соединения – карбиды, бориды, нитриды, силициды. Например, силикатные матрицы SiO_2, алюмосиликатные (Al₂O₃ – SiO₂) алюмоборосиликатные и другие стекла; тугоплавкие оксиды ZrO₂, ВеO, Al₂O_3, MgO; нитриды Si₃N₄, бориды ТiB₂, карбиды ТiС, SiС и др.

Разработаны специальные технологии формирования ККМ, с помощью которых изготавливают износостойкие, жаропрочные, коррозионно-стойкие детали машин, тепловыделяющие элементы реакторов, режущий инструмент повышенной производительности.

Классификация керамических композиционных материалов

Матрицы керамических композиционных материалов (ККМ) получают спеканием неметаллического минерального сырья (глин, оксидов и других природных соединений).

П о в и д у с ы р ь я различают ККМ на матрице из оксидной (технической) керамики, основу которой составляют оксиды металлов (AL₂O₃, ZrO₂, CaO, MgO, UO₂ и др), и из безоксидной керамики – на основе безкислородных соединений типа карбидов (МеС), боридов (МеВ), нитридов (МеN), силицидов (МеSi).

П о с т р у к т у р н ы м п р и з н а к а м ККМ подразделяют на следующие основные группы: дисперсные, армированные, эвтектические, слоистые.

Дисперсные ККМ состоят из керамической матрицы и распределенных в ней частиц наполнителя.

Армированные ККМ содержат усиливающие элементы (арматуру) чаще всего, волокнистые, расположенные в матрице произвольно или ориентировано. В качестве арматуры применяют проволоку и сетки различного плетения на основе углеродистых, нержавеющих и мартенситостареющих сталей. Высокопрочные материалы армируют проволокой из титана, бериллия, вольфрама, молибдена. Широко используют наполнение ККМ волокнами на основе бора, карбида кремния, борсика (В/SiС), углеродными и стеклянными. Развивается технология получения керамических волокон, которые применяют в качестве компонентов теплозащитных и жаропрочных ККМ. Сырьем для таких волокон обычно служат Al₂O₃, TiC, Al₂O₃Cr₂O₃, SiO₂. Все чаще применяют армирование ККМ нитевидными кристаллами, которые получены направленной кристаллизацией Al₂O₃, SiC, AlN, TiO₂ и других соединений.

Эвтектические ККМ, чаще всего, металл-оксидные, формируются в процессе направленной кристаллизации эвтектик. Они состоят из керамический матрицы, в которой распределены выращенные в ней армирующие монокристаллы металла. Эвтектические ККМ более устойчивы при повышенных температурах, чем дисперсные.

Слоистые ККМ состоят из компонентов, расположенных в виде слоев различного состава. В состав таких материалов часто вводят металлическую фольгу. Разработана группа гранулослоистых ККМ, содержащих гранулы различных модификаторов, расположенных послойно в керамической матрице.

В зависимости о т т е х н о л о г и и п о л у ч е н и я различают спеченные и пропитанные ККМ.