กม. ขึ้นอยู่กับเมทริกซ์โลหะ วัสดุคอมโพสิตที่ใช้เมทริกซ์โลหะ คอมโพสิตเมทริกซ์โลหะ

วัสดุคอมโพสิตประกอบด้วยเมทริกซ์โลหะ(โดยปกติคือ A1, Mg, Ni และโลหะผสมของพวกมัน) เสริมด้วยเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูง ( วัสดุเส้นใย) หรืออนุภาคทนไฟที่กระจายตัวอย่างประณีต, ไม่ละลายในโลหะฐาน (วัสดุเสริมการกระจายตัว) เมทริกซ์โลหะผูกเส้นใย (อนุภาคที่กระจัดกระจาย) ให้เป็นชิ้นเดียว ไฟเบอร์ (อนุภาคกระจาย) บวกกับสารยึดเกาะ (เมทริกซ์) ที่ประกอบขึ้นเป็น

ข้าว. 1

1 - วัสดุที่เป็นเม็ด (เสริมการกระจายตัว) (ลิตร/วัน- ฉัน): 2 - วัสดุคอมโพสิตเส้นใยไม่ต่อเนื่อง 3 - วัสดุคอมโพสิตไฟเบอร์ต่อเนื่อง 4 - การวางเส้นใยอย่างต่อเนื่อง 5 - การวางตำแหน่งไฟเบอร์สองมิติ 6,7 - การวางเส้นใยปริมาตร

หรือองค์ประกอบอื่น ๆ ที่ได้รับชื่อ วัสดุคอมโพสิต (รูปที่ 196)

วัสดุผสมไฟเบอร์

ในรูป รูปที่ 196 แสดงไดอะแกรมการเสริมแรงสำหรับวัสดุคอมโพสิตที่เป็นเส้นใย ตามกลไกของการเสริมแรง วัสดุคอมโพสิตที่มีตัวเติมเส้นใย (ตัวเสริมแรง) จะถูกแบ่งออกเป็นวัสดุที่ไม่ต่อเนื่อง ซึ่งอัตราส่วนของความยาวของเส้นใยต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง l/d « 10-tL03 และด้วยเส้นใยต่อเนื่อง โดยที่ l/d = ร่วม เส้นใยแยกจะถูกจัดเรียงแบบสุ่มในเมทริกซ์ เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยมีตั้งแต่เศษส่วนไปจนถึงหลายร้อยไมโครเมตร ยิ่งอัตราส่วนของความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยมากเท่าใด ระดับการเสริมแรงก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

มักจะเป็นวัสดุคอมโพสิต โครงสร้างชั้นโดยแต่ละชั้นเสริมด้วยเส้นใยต่อเนื่องขนานจำนวนมาก แต่ละชั้นสามารถเสริมความแข็งแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่องที่ถักทอเป็นผ้าที่แสดงถึงรูปทรงดั้งเดิม ซึ่งตรงกับความกว้างและความยาวของวัสดุขั้นสุดท้าย บ่อยครั้งที่เส้นใยถูกถักทอเป็นโครงสร้างสามมิติ

วัสดุคอมโพสิตแตกต่างจากโลหะผสมทั่วไปในด้านค่าความต้านทานแรงดึงและขีดจำกัดความทนทานที่สูงกว่า (50-100%) โมดูลัสยืดหยุ่น และค่าสัมประสิทธิ์ความแข็ง (เอลี่)และลดความไวต่อการแตกร้าว การใช้วัสดุคอมโพสิตช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของโครงสร้างในขณะเดียวกันก็ช่วยลดการใช้โลหะด้วย

ตารางที่ 44

สมบัติทางกลของวัสดุคอมโพสิตที่ทำจากโลหะ

ความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิต (เส้นใย) ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของเส้นใย เมทริกซ์ควรกระจายความเค้นระหว่างองค์ประกอบเสริมเป็นหลัก ดังนั้นโมดูลัสความแข็งแรงและยืดหยุ่นของเส้นใยจะต้องมากกว่าโมดูลัสความแข็งแรงและยืดหยุ่นของเมทริกซ์อย่างมีนัยสำคัญ เส้นใยเสริมแรงที่แข็งจะรับรู้ถึงความเค้นที่เกิดขึ้นในองค์ประกอบระหว่างการบรรทุก ทำให้มีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งในทิศทางของการวางแนวของเส้นใย

เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับอลูมิเนียม แมกนีเซียม และโลหะผสม จึงมีการใช้สารประกอบโบรอน (o = 2500-*-3500 MPa, อี = 38h-420 GPa) และคาร์บอน (st v = 1400-g-3500 MPa, อีเส้นใย 160-450 GPa) เช่นเดียวกับเส้นใยจากสารประกอบทนไฟ (คาร์ไบด์ ไนไตรด์ บอไรด์ และออกไซด์) ที่มีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสยืดหยุ่น ดังนั้นเส้นใยซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 μm จึงมีอุณหภูมิ = 2,500-*t3500 MPa อี= 450 เกรดเฉลี่ย ลวดที่ทำจากเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงมักถูกใช้เป็นเส้นใย

สำหรับการเสริมแรงไทเทเนียมและโลหะผสมจะใช้ลวดโมลิบดีนัม, เส้นใยแซฟไฟร์, ซิลิคอนคาร์ไบด์และไทเทเนียมโบไรด์

การเพิ่มความต้านทานความร้อนของโลหะผสมนิกเกิลทำได้โดยการเสริมแรงด้วยลวดทังสเตนหรือโมลิบดีนัม เส้นใยโลหะยังใช้ในกรณีที่ต้องมีการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง สารเสริมกำลังที่น่าหวังสำหรับวัสดุคอมโพสิตเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงและมีโมดูลัสสูง ได้แก่ หนวดที่ทำจากอลูมิเนียมออกไซด์และไนไตรด์ ซิลิคอนคาร์ไบด์และไนไตรด์ โบรอนคาร์ไบด์ ฯลฯ โดยมี b = 15,000-g-28,000 MPa และ อี= 400-*-600 เกรดเฉลี่ย

ในตาราง ภาพที่ 44 แสดงคุณสมบัติของวัสดุผสมเส้นใยบางชนิด

วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากโลหะมีความแข็งแรงสูง (st, a_ x) และทนความร้อน ในขณะเดียวกันก็มีความเป็นพลาสติกต่ำ อย่างไรก็ตาม เส้นใยในวัสดุคอมโพสิตจะช่วยลดอัตราการแพร่กระจายของรอยแตกที่เกิดนิวเคลียสในเมทริกซ์และกำจัดออกอย่างกะทันหันได้เกือบทั้งหมด

ข้าว. 197. การพึ่งพาโมดูลัสความยืดหยุ่น อี(ก)และความต้านทานแรงดึง o ใน (b) วัสดุคอมโพสิตโบรอน-อลูมิเนียมตาม (/) และแนวขวาง (2) แกนเสริมแรงขึ้นอยู่กับปริมาณปริมาตรของเส้นใยโบรอน

แตกหักเปราะ คุณสมบัติที่โดดเด่นวัสดุคอมโพสิตเส้นใยแกนเดียวเป็นแบบแอนไอโซทรอปิก คุณสมบัติทางกลไปตามและข้ามเส้นใยและมีความไวต่อตัวรวมความเครียดต่ำ

ในรูป 197 แสดงการพึ่งพา a ใน และ อีวัสดุคอมโพสิตโบรอน-อลูมิเนียมจากปริมาณเส้นใยโบรอนตาม (/) และข้าม ( 2 ) แกนเสริมแรง ยิ่งปริมาณเส้นใยมีปริมาณมากเท่าใด ab, a_ t และก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น อีตามแนวแกนของเหล็กเสริม อย่างไรก็ตาม จะต้องคำนึงว่าเมทริกซ์สามารถส่งผ่านความเครียดไปยังเส้นใยได้เฉพาะเมื่อมีพันธะที่แข็งแกร่งที่ส่วนต่อประสานของไฟเบอร์และเมทริกซ์เสริมแรงเท่านั้น เพื่อป้องกันการสัมผัสกันระหว่างเส้นใย เมทริกซ์จะต้องล้อมรอบเส้นใยทั้งหมดให้สมบูรณ์ ซึ่งทำได้เมื่อมีเนื้อหาอย่างน้อย 15-20%

เมทริกซ์และไฟเบอร์ไม่ควรมีปฏิสัมพันธ์กัน (ไม่ควรมีการแพร่กระจายซึ่งกันและกัน) ในระหว่างการผลิตหรือการดำเนินงาน เนื่องจากอาจทำให้ความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิตลดลง

แอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตที่เป็นเส้นใยจะถูกนำมาพิจารณาเมื่อออกแบบชิ้นส่วนเพื่อปรับคุณสมบัติให้เหมาะสมที่สุดโดยการจับคู่สนามต้านทานกับสนามความเค้น

การเสริมแรงโลหะผสมอลูมิเนียม แมกนีเซียม และไทเทเนียมด้วยเส้นใยทนไฟอย่างต่อเนื่องของโบรอน ซิลิคอนคาร์ไบด์ ไทเทเนียมไดโบไรด์ และอลูมิเนียมออกไซด์จะช่วยเพิ่มความต้านทานความร้อนได้อย่างมาก คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตคืออัตราการอ่อนตัวลงเมื่อเวลาผ่านไปต่ำ (รูปที่ 198, ก)ด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

/ - โบรอน-อลูมิเนียมคอมโพสิต; 2 - โลหะผสมไทเทเนียม 3 - วัสดุคอมโพสิตเสริมการกระจายตัว 4 - โลหะผสมที่แข็งกระด้าง

ข้อเสียเปรียบหลักของวัสดุคอมโพสิตที่มีการเสริมแรงแบบหนึ่งและสองมิติคือ ความต้านทานต่ำแรงเฉือนระหว่างชั้นและการแตกหักตามขวาง วัสดุที่มีการเสริมแรงด้วยปริมาตรไม่มีข้อเสียเปรียบนี้

มีการใช้โพลีเมอร์ เซรามิก และเมทริกซ์อื่นๆ กันอย่างแพร่หลาย

วัสดุคอมโพสิตประกอบด้วยเมทริกซ์โลหะ (โดยปกติคือ Al, Mg, Ni และโลหะผสม) เสริมด้วยเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูง (วัสดุเส้นใย) หรืออนุภาคทนไฟที่กระจายตัวละเอียดซึ่งไม่ละลายในโลหะฐาน (วัสดุเสริมการกระจายตัว) เมทริกซ์โลหะจับเส้นใย (อนุภาคที่กระจัดกระจาย) ให้เป็นชิ้นเดียว เส้นใย (อนุภาคกระจาย) บวกกับสารยึดเกาะ (เมทริกซ์) ที่ประกอบขึ้นเป็น

ข้าว. 196. โครงการโครงสร้าง (a) และการเสริมแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่อง (b) ของวัสดุคอมโพสิต: 1 - วัสดุที่เป็นเม็ด (เสริมการกระจายตัว) (l/d = 1); 2 - วัสดุคอมโพสิตเส้นใยไม่ต่อเนื่อง 3 - วัสดุคอมโพสิตไฟเบอร์ต่อเนื่อง 4 - การวางเส้นใยอย่างต่อเนื่อง 5 - การวางเส้นใยสองมิติ 6.7 - การวางเส้นใยปริมาตร

หรือองค์ประกอบอื่นเรียกว่าวัสดุคอมโพสิต (รูปที่ 196)

วัสดุผสมไฟเบอร์ในรูป รูปที่ 196 แสดงไดอะแกรมการเสริมแรงสำหรับวัสดุคอมโพสิตที่เป็นเส้นใย ตามกลไกของการเสริมแรง วัสดุคอมโพสิตที่มีตัวเติมเส้นใย (ตัวเสริมแรง) จะถูกแบ่งออกเป็นแบบแยกส่วน โดยอัตราส่วนของความยาวของเส้นใยต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง และด้วยเส้นใยแบบต่อเนื่อง ซึ่งเส้นใยแบบแยกส่วนจะสุ่มอยู่ในเมทริกซ์ เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยมีตั้งแต่เศษส่วนไปจนถึงหลายร้อยไมโครเมตร ยิ่งอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยมากเท่าใด ระดับการเสริมแรงก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

บ่อยครั้งที่วัสดุคอมโพสิตเป็นโครงสร้างแบบชั้นซึ่งแต่ละชั้นเสริมด้วยเส้นใยต่อเนื่องแบบขนานจำนวนมาก แต่ละชั้นสามารถเสริมความแข็งแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่องที่ถักทอเป็นผ้าที่แสดงถึงรูปทรงดั้งเดิม ซึ่งตรงกับความกว้างและความยาวของวัสดุขั้นสุดท้าย บ่อยครั้งที่เส้นใยถูกถักทอเป็นโครงสร้างสามมิติ

วัสดุคอมโพสิตแตกต่างจากโลหะผสมทั่วไปในด้านค่าความต้านทานแรงดึงและขีดจำกัดความทนทานที่สูงกว่า (50-100%) โมดูลัสยืดหยุ่น ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็ง () และความไวต่อการแตกร้าวลดลง การใช้วัสดุคอมโพสิตช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของโครงสร้างในขณะเดียวกันก็ช่วยลดการใช้โลหะด้วย

ตารางที่ 44 (ดูการสแกน) สมบัติทางกลของวัสดุคอมโพสิตที่เป็นโลหะ

เพื่อเสริมสร้างอลูมิเนียม แมกนีเซียม และโลหะผสม โบรอนและเส้นใยคาร์บอนถูกนำมาใช้ เช่นเดียวกับเส้นใยจากสารประกอบทนไฟ (คาร์ไบด์ ไนไตรด์ บอไรด์ และออกไซด์) ที่มีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสยืดหยุ่น ดังนั้นเส้นใยซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 ไมครอนจึงมีลวดเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงซึ่งมักใช้เป็นเส้นใย

การเพิ่มความต้านทานความร้อนของโลหะผสมนิกเกิลทำได้โดยการเสริมด้วยลวดทังสเตนหรือโมลิบดีนัม เส้นใยโลหะยังใช้ในกรณีที่ต้องมีการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง สารเสริมกำลังที่มีแนวโน้มสำหรับวัสดุคอมโพสิตเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงและมีโมดูลัสสูง ได้แก่ เคราจากอะลูมิเนียมออกไซด์และไนไตรด์ ซิลิคอนคาร์ไบด์และไนไตรด์ โบรอนคาร์ไบด์ ฯลฯ ที่มี

ในตาราง ภาพที่ 44 แสดงคุณสมบัติของวัสดุผสมเส้นใยบางชนิด

วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากโลหะมีความแข็งแรงและทนความร้อนสูง ในขณะเดียวกันก็มีความเป็นพลาสติกต่ำ อย่างไรก็ตาม เส้นใยในวัสดุคอมโพสิตจะช่วยลดอัตราการแพร่กระจายของรอยแตกที่เกิดนิวเคลียสในเมทริกซ์และกำจัดออกอย่างกะทันหันได้เกือบทั้งหมด

ข้าว. 197. การพึ่งพาโมดูลัสยืดหยุ่น E (a) และความต้านทานแรงดึง (b) ของวัสดุคอมโพสิตโบรอน-อะลูมิเนียมตาม (1) และข้าม (2) แกนเสริมแรงบนปริมาณปริมาตรของเส้นใยโบรอน

แตกหักเปราะ คุณลักษณะที่โดดเด่นของวัสดุคอมโพสิตเส้นใยแกนเดียวคือคุณสมบัติทางกลของแอนไอโซโทรปีตามและข้ามเส้นใย และมีความไวต่ำต่อหัวเน้นความเค้น

ในรูป 197 แสดงการพึ่งพาและ E ของวัสดุคอมโพสิตโบรอน-อลูมิเนียมกับปริมาณของเส้นใยโบรอนตาม (1) และข้ามแกนเสริมแรง ยิ่งเนื้อหาปริมาตรของเส้นใยสูงเท่าใด E ก็จะยิ่งสูงขึ้นตามแกนเสริมแรง อย่างไรก็ตาม จะต้องคำนึงว่าเมทริกซ์สามารถส่งผ่านความเครียดไปยังเส้นใยได้เฉพาะเมื่อมีพันธะที่แข็งแกร่งที่ส่วนต่อประสานของไฟเบอร์และเมทริกซ์เสริมแรงเท่านั้น เพื่อป้องกันการสัมผัสกันระหว่างเส้นใย เมทริกซ์จะต้องล้อมรอบเส้นใยทั้งหมดให้สมบูรณ์ ซึ่งทำได้เมื่อมีเนื้อหาอย่างน้อย 15-20%

แอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตไฟเบอร์จะถูกนำมาพิจารณาเมื่อออกแบบชิ้นส่วนเพื่อปรับคุณสมบัติให้เหมาะสมที่สุดโดยจับคู่สนามความต้านทานกับสนามแรงดันไฟฟ้า 6 สนาม

การเสริมแรงโลหะผสมอลูมิเนียม แมกนีเซียม และไทเทเนียมด้วยเส้นใยทนไฟอย่างต่อเนื่องของโบรอน ซิลิคอนคาร์ไบด์ ไทเทเนียมไดโบไรด์ และอลูมิเนียมออกไซด์จะช่วยเพิ่มความต้านทานความร้อนได้อย่างมาก คุณลักษณะของวัสดุคอมโพสิตคืออัตราการอ่อนตัวเมื่อเวลาผ่านไปต่ำ (รูปที่ 198, a) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

ข้าว. 198. ความแข็งแรงระยะยาวของวัสดุคอมโพสิตโบรอน-อลูมิเนียมที่มีเส้นใยโบรอน 50% เมื่อเปรียบเทียบกับความแข็งแรงของโลหะผสมไทเทเนียม (a) และความแข็งแรงในระยะยาวของวัสดุคอมโพสิตนิกเกิลเมื่อเปรียบเทียบกับความแข็งแรงของโลหะผสมที่ชุบแข็งด้วยการกระจายตัว (b ): 1 - คอมโพสิตโบรอน - อลูมิเนียม; 2 - โลหะผสมไทเทเนียม; 3 - วัสดุคอมโพสิตเสริมการกระจายตัว 4 - โลหะผสมที่แข็งตัวด้วยการตกตะกอน

ข้อเสียเปรียบหลักของวัสดุคอมโพสิตที่มีการเสริมแรงแบบหนึ่งและสองมิติคือความต้านทานต่ำต่อแรงเฉือนระหว่างชั้นและความล้มเหลวตามขวาง วัสดุที่มีการเสริมแรงด้วยปริมาตรไม่มีข้อเสียเปรียบนี้

วัสดุคอมโพสิตเสริมการกระจายตัว ซึ่งแตกต่างจากวัสดุคอมโพสิตที่เป็นเส้นใยในวัสดุคอมโพสิตที่มีการกระจายตัวที่แข็งแกร่งเมทริกซ์เป็นองค์ประกอบรับน้ำหนักหลักและอนุภาคที่กระจัดกระจายจะยับยั้งการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ในนั้น มีความแข็งแรงสูงด้วยขนาดอนุภาค 10-500 นาโนเมตร โดยมีระยะห่างเฉลี่ยระหว่างอนุภาค 100-500 นาโนเมตร และการกระจายตัวสม่ำเสมอในเมทริกซ์ ความแข็งแรงและความต้านทานความร้อนขึ้นอยู่กับปริมาณปริมาตรของขั้นตอนการเสริมกำลังไม่ปฏิบัติตามกฎแห่งการบวก เนื้อหาที่เหมาะสมที่สุดของระยะที่สองสำหรับ โลหะต่างๆแตกต่างกันไป แต่โดยทั่วไปจะไม่เกิน

การใช้สารประกอบทนไฟที่มีความเสถียร (ออกไซด์ของทอเรียม แฮฟเนียม อิตเทรียม สารประกอบเชิงซ้อนของออกไซด์และโลหะหายาก) ที่ไม่ละลายในโลหะเมทริกซ์เนื่องจากขั้นตอนการเสริมความแข็งแกร่งช่วยให้สามารถรักษาความแข็งแรงสูงของวัสดุได้ ในเรื่องนี้วัสดุดังกล่าวมักถูกใช้เป็นวัสดุทนความร้อน วัสดุคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงในการกระจายตัวสามารถหาได้จากโลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่ที่ใช้ในเทคโนโลยี

โลหะผสมที่ทำจากอะลูมิเนียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ SAP (ผงอะลูมิเนียมเผาผนึก) SAP ประกอบด้วยอะลูมิเนียมและสะเก็ดกระจาย อนุภาคยับยั้งการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพและเพิ่มความแข็งแรง

โลหะผสม เนื้อหาใน SAP แตกต่างกันไปจากและถึง ด้วยเนื้อหาที่เพิ่มขึ้น เนื้อหาจะเพิ่มขึ้นจาก 300 เป็นเป็นถึง และการยืดตัวสัมพันธ์จะลดลงจาก 8 เป็น 3% ตามลำดับ ความหนาแน่นของวัสดุเหล่านี้เท่ากับความหนาแน่นของอลูมิเนียมซึ่งไม่ได้ด้อยกว่าในแง่ของความต้านทานการกัดกร่อนและยังสามารถแทนที่ไทเทเนียมและเหล็กที่ทนต่อการกัดกร่อนได้เมื่อทำงานในช่วงอุณหภูมิ ในแง่ของความแข็งแรงในระยะยาว จะดีกว่าโลหะผสมอลูมิเนียมดัด ความแข็งแรงในระยะยาวสำหรับโลหะผสมที่อยู่ที่

วัสดุที่มีการกระจายตัวของนิกเกิลมีแนวโน้มที่ดี โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักที่มีปริมาตร 2-3 มีความต้านทานความร้อนสูงสุด ทอเรียมไดออกไซด์หรือแฮฟเนียมไดออกไซด์ เมทริกซ์ของโลหะผสมเหล่านี้มักจะเป็นสารละลายที่เป็นของแข็ง โลหะผสม (นิกเกิล เสริมความแข็งแกร่งด้วยทอเรียมไดออกไซด์) (นิกเกิล เสริมความแข็งแกร่งด้วยแฮฟเนียมไดออกไซด์) และ (เมทริกซ์ เสริมความแข็งแกร่งด้วยทอเรียมออกไซด์) มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย โลหะผสมเหล่านี้มีความต้านทานความร้อนสูง ที่อุณหภูมิ โลหะผสมจะมีโลหะผสม วัสดุคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงในการกระจายตัว เช่น วัสดุที่เป็นเส้นใย มีความทนทานต่อการอ่อนตัวลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและระยะเวลาการสัมผัสที่อุณหภูมิที่กำหนด (ดูรูปที่ 198)

ขอบเขตการใช้งานของวัสดุคอมโพสิตนั้นไม่จำกัด พวกมันถูกใช้ในการบินสำหรับชิ้นส่วนเครื่องบินที่รับน้ำหนักมาก (ผิวหนัง, สปาร์, ซี่โครง, แผง ฯลฯ) และเครื่องยนต์ (คอมเพรสเซอร์และใบพัดกังหัน ฯลฯ) ในเทคโนโลยีอวกาศสำหรับโครงสร้างกำลังของอุปกรณ์ที่ต้องได้รับความร้อน สำหรับส่วนประกอบที่ทำให้แข็ง แผงในอุตสาหกรรมยานยนต์เพื่อทำให้ตัวถัง สปริง เฟรม แผงตัวถัง กันชน ฯลฯ มีน้ำหนักเบาขึ้น ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ (เครื่องมือขุดเจาะ ชิ้นส่วนของเครื่องผสม ฯลฯ) ในงานวิศวกรรมโยธา (ช่วงสะพาน องค์ประกอบของโครงสร้างสำเร็จรูปสูง - อาคารสูง ฯลฯ ) และในพื้นที่อื่น ๆ ของเศรษฐกิจของประเทศ

การใช้วัสดุคอมโพสิตทำให้เกิดก้าวกระโดดเชิงคุณภาพในการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ กำลังไฟฟ้า และการติดตั้งการขนส่ง และการลดน้ำหนักของเครื่องจักรและอุปกรณ์

เทคโนโลยีการผลิตผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปและผลิตภัณฑ์จากวัสดุคอมโพสิตได้รับการพัฒนาค่อนข้างดี

วัสดุคอมโพสิตประเภทนี้ประกอบด้วยวัสดุเช่น SAP (ผงอะลูมิเนียมเผาผนึก) ซึ่งเป็นอะลูมิเนียมเสริมแรงด้วยอนุภาคอะลูมิเนียมออกไซด์ที่กระจายตัว ผงอลูมิเนียมได้มาจากการพ่นโลหะหลอมเหลว ตามด้วยการบดในโรงสีลูกกลมให้มีขนาดประมาณ 1 ไมครอนต่อหน้าออกซิเจน เมื่อเวลาบดเพิ่มขึ้น ผงจะละเอียดขึ้นและมีปริมาณอะลูมิเนียมออกไซด์เพิ่มขึ้น เทคโนโลยีเพิ่มเติมสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์และผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปจาก SAP ได้แก่ การรีดเย็น การเผาล่วงหน้า การอัดร้อน การรีดหรือการอัดขึ้นรูปแท่งอะลูมิเนียมเผาผนึกในรูปแบบของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่สามารถผ่านการบำบัดความร้อนเพิ่มเติม

โลหะผสมประเภท SAP ใช้ในวิศวกรรมอากาศยานเพื่อการผลิตชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงจำเพาะสูงและทนต่อการกัดกร่อน ทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 300 - 500 °C ใช้ทำก้านลูกสูบ ใบพัดคอมเพรสเซอร์ เปลือกส่วนประกอบเชื้อเพลิง และท่อแลกเปลี่ยนความร้อน

การเสริมแรงอลูมิเนียมและโลหะผสมด้วยลวดเหล็กจะเพิ่มความแข็งแรง เพิ่มโมดูลัสยืดหยุ่น ต้านทานความล้า และขยายช่วงอุณหภูมิของอายุการใช้งานของวัสดุ

การเสริมแรงด้วยเส้นใยสั้นทำได้โดยใช้วิธีโลหะผงซึ่งประกอบด้วยการกดตามด้วยการอัดขึ้นรูปด้วยพลังน้ำหรือการรีดช่องว่าง เมื่อเสริมกำลังองค์ประกอบประเภทแซนวิชซึ่งประกอบด้วยชั้นสลับของอลูมิเนียมฟอยล์และเส้นใยด้วยเส้นใยต่อเนื่องจะใช้การรีดการกดร้อนการเชื่อมด้วยการระเบิดและการเชื่อมแบบแพร่กระจาย

วัสดุที่มีแนวโน้มมากคือองค์ประกอบของลวดอลูมิเนียมเบริลเลียม ซึ่งตระหนักถึงคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลสูงของการเสริมแรงเบริลเลียม และประการแรกคือความหนาแน่นต่ำและความแข็งแกร่งจำเพาะสูง องค์ประกอบของลวดเบริลเลียมได้มาจากการเชื่อมแบบแพร่กระจายของบรรจุภัณฑ์ของลวดเบริลเลียมและแผ่นเมทริกซ์สลับชั้น อลูมิเนียมอัลลอยด์เสริมแรงด้วยลวดเหล็กและเบริลเลียมถูกนำมาใช้เพื่อสร้างชิ้นส่วนตัวถังจรวดและถังเชื้อเพลิง

ในองค์ประกอบ "อลูมิเนียม - คาร์บอนไฟเบอร์" การผสมผสานระหว่างการเสริมแรงความหนาแน่นต่ำและเมทริกซ์ทำให้สามารถสร้างวัสดุคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งจำเพาะสูงได้ ข้อเสียของคาร์บอนไฟเบอร์คือความเปราะบางและมีปฏิกิริยาสูง องค์ประกอบของอลูมิเนียมคาร์บอนได้มาจากการทำให้เส้นใยคาร์บอนชุ่มด้วยโลหะเหลวหรือใช้วิธีการโลหะผสมผง ในทางเทคโนโลยี วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำเช่นนี้คือการดึงมัดเส้นใยคาร์บอนผ่านอะลูมิเนียมหลอมเหลว

คอมโพสิตอะลูมิเนียม-คาร์บอนถูกใช้ในโครงสร้างถังเชื้อเพลิงของเครื่องบินรบสมัยใหม่ เนื่องจากวัสดุมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งจำเพาะสูง น้ำหนักของถังเชื้อเพลิงจึงลดลง 30% วัสดุนี้ยังใช้สำหรับการผลิตใบพัดกังหันสำหรับเครื่องยนต์กังหันก๊าซของเครื่องบิน

วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์อโลหะ

วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์อโลหะพบการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม โพลีเมอร์ คาร์บอน และ วัสดุเซรามิก- เมทริกซ์โพลีเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ อีพอกซี ฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ และโพลีเอไมด์ เมทริกซ์ถ่านหินถูกโค้กหรือได้มาจากโพลีเมอร์สังเคราะห์ที่ผ่านกระบวนการไพโรไลซิส (การสลายตัว การสลายตัว) เมทริกซ์จะผูกองค์ประกอบเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดเป็นรูปทรง สารเสริมกำลังคือเส้นใย: แก้ว, คาร์บอน, โบรอน, อินทรีย์โดยใช้ผลึกวิสเกอร์ (ออกไซด์, คาร์ไบด์, บอไรด์, ไนไตรด์ ฯลฯ ) รวมถึงโลหะ (สายไฟ) ซึ่งมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งสูง

คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของส่วนประกอบ การรวมกัน อัตราส่วนเชิงปริมาณ และความแข็งแรงของพันธะระหว่างส่วนประกอบเหล่านั้น

ปริมาณสารทำให้แข็งในวัสดุเชิงปริมาณคือ 60 - 80 ปริมาตร % ในรูปแบบที่ไม่มุ่งเน้น (มีเส้นใยและหนวดแยกกัน) - 20 - 30 vol. - ยิ่งความแข็งแรงและโมดูลัสยืดหยุ่นของเส้นใยสูงเท่าใด ความแข็งแรงและความแข็งของวัสดุคอมโพสิตก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น คุณสมบัติของเมทริกซ์จะกำหนดแรงเฉือนและแรงอัดขององค์ประกอบและความต้านทานต่อความเสียหายจากความเมื่อยล้า

วัสดุคอมโพสิตแบ่งออกเป็นเส้นใยแก้ว เส้นใยคาร์บอนร่วมกับเส้นใยคาร์บอน เส้นใยโบรอน และออร์กาโนไฟเบอร์ ตามประเภทของการเสริมแรง

ในวัสดุที่เป็นชั้นเส้นใยด้ายเทปที่ชุบด้วยสารยึดเกาะจะถูกวางขนานกันในระนาบการวาง ชั้นระนาบประกอบกันเป็นแผ่น คุณสมบัติเป็นแบบแอนไอโซโทรปิก เพื่อให้วัสดุใช้งานได้ในผลิตภัณฑ์ สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงทิศทางของแรงกระทำด้วย คุณสามารถสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติทั้งไอโซโทรปิกและแอนไอโซทรอปิกได้ สามารถวางไฟเบอร์ไว้ข้างใต้ได้ มุมที่แตกต่างกันการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิต ความแข็งแกร่งด้านแรงดัดงอและแรงบิดของวัสดุขึ้นอยู่กับลำดับการวางชั้นต่างๆ ตามความหนาของบรรจุภัณฑ์

ใช้ตัวเสริมแรงสามหรือสี่เธรดขึ้นไป (รูปที่ 7) โครงสร้างที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือโครงสร้างของเธรดสามตัวตั้งฉากกัน เหล็กเสริมสามารถอยู่ในทิศทางตามแนวแกน แนวรัศมี และเส้นรอบวง

วัสดุสามมิติอาจมีความหนาเท่าใดก็ได้ในรูปของบล็อกหรือทรงกระบอก ผ้าขนาดใหญ่จะเพิ่มความแข็งแรงในการลอกและแรงเฉือนเมื่อเปรียบเทียบกับผ้าลามิเนต ระบบสี่เธรดถูกสร้างขึ้นโดยการวางการเสริมแรงตามเส้นทแยงมุมของลูกบาศก์ โครงสร้างของเกลียวทั้งสี่นั้นมีความสมดุลและเพิ่มความแข็งแกร่งของแรงเฉือนในระนาบหลัก อย่างไรก็ตาม การสร้างวัสดุสี่ทิศทางนั้นยากกว่าการสร้างวัสดุสามทิศทาง

ข้าว. 7. โครงการเสริมแรงของวัสดุคอมโพสิต: 1- สี่เหลี่ยม, 2- หกเหลี่ยม, 3- เฉียง, 4- ด้วยเส้นใยโค้ง, 5 - ระบบของ n เธรด

ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดจากมุมมองของการใช้งานในสภาวะที่รุนแรงที่สุดของแรงเสียดทานแบบแห้งคือวัสดุต้านการเสียดสีที่มีโพลีเตตราฟลูออโรเอทิลีน (PTFE)

PTFE มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิตที่ค่อนข้างสูง อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการเสียดสีแบบเลื่อน ชั้นบางมากของโพลีเมอร์ที่มีการมุ่งเน้นสูงจะเกิดขึ้นบนพื้นผิว PTFE ซึ่งช่วยปรับค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบคงที่และไดนามิกให้เท่ากันและการเคลื่อนไหวที่ราบรื่นเมื่อเลื่อน เมื่อทิศทางการเลื่อนเปลี่ยนไป การมีอยู่ของฟิล์มพื้นผิวที่วางอยู่จะทำให้ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีเพิ่มขึ้นชั่วคราว โดยค่านั้นจะลดลงอีกครั้งเมื่อชั้นพื้นผิวถูกปรับทิศทางใหม่ พฤติกรรมการเสียดสีของ PTFE นี้นำไปสู่การใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม โดยที่ PTFE ที่ยังไม่ได้บรรจุส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการผลิตตลับลูกปืน ในหลายกรณี แบริ่งที่ไม่มีการหล่อลื่นจะต้องทำงานที่อัตราเสียดสีที่สูงกว่า ในเวลาเดียวกัน PTFE ที่ยังไม่ได้บรรจุจะมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานและอัตราการสึกหรอสูง วัสดุคอมโพสิตซึ่งส่วนใหญ่มักทำจาก PTFE พบว่ามีการใช้อย่างแพร่หลายเป็นวัสดุสำหรับแบริ่งที่ไม่ต้องใช้สารหล่อลื่นที่ทำงานในสภาวะดังกล่าว

วิธีที่ง่ายที่สุดในการลดอัตราการสึกหรอที่ค่อนข้างสูงของ PTFE ในระหว่างการเสียดสีแบบแห้งคือการใส่สารตัวเติมแบบผง ในเวลาเดียวกันความต้านทานการคืบคลานระหว่างการบีบอัดจะเพิ่มขึ้นและความต้านทานการสึกหรอเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญระหว่างแรงเสียดทานแบบแห้ง การแนะนำปริมาณฟิลเลอร์ที่เหมาะสมทำให้สามารถเพิ่มความต้านทานการสึกหรอได้ถึง 10 4 เท่า

พอลิเมอร์และวัสดุคอมโพสิตที่มีพื้นฐานมาจากคุณสมบัติเหล่านี้มีคุณสมบัติทางกายภาพและทางกลที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งทำให้สามารถแข่งขันกับเหล็กโครงสร้างและโลหะผสมแบบดั้งเดิมได้สำเร็จและในบางกรณีหากปราศจากการใช้วัสดุโพลีเมอร์ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะรับประกันลักษณะการทำงานที่ต้องการ และประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์และเครื่องจักรพิเศษ ความสามารถในการผลิตสูงและความเข้มข้นของพลังงานต่ำของเทคโนโลยีในการแปรรูปพลาสติกเป็นผลิตภัณฑ์ รวมกับข้อดีที่กล่าวมาข้างต้นของ PCM ทำให้เป็นวัสดุที่มีแนวโน้มมากสำหรับชิ้นส่วนเครื่องจักรเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ

วัสดุคอมโพสิตประกอบด้วยเมทริกซ์โลหะ (โดยปกติคือ Al, Mg, Ni และโลหะผสม) เสริมด้วยเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูง (วัสดุเส้นใย) หรืออนุภาคทนไฟที่กระจายตัวละเอียดซึ่งไม่ละลายในโลหะฐาน (วัสดุเสริมการกระจายตัว) เมทริกซ์โลหะจับเส้นใย (อนุภาคที่กระจัดกระจาย) ให้เป็นชิ้นเดียว ไฟเบอร์ (อนุภาคที่กระจายตัว) บวกกับสารยึดเกาะ (เมทริกซ์) ที่ประกอบเป็นองค์ประกอบอย่างใดอย่างหนึ่งเรียกว่าวัสดุคอมโพสิต

วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์อโลหะ

วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์อโลหะพบการใช้งานที่หลากหลาย วัสดุโพลีเมอร์ คาร์บอน และเซรามิกถูกใช้เป็นเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ เมทริกซ์โพลีเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ อีพ็อกซี่ ฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ และโพลีเอไมด์

เมทริกซ์คาร์บอนโค้กหรือไพโรคาร์บอนได้มาจากโพลีเมอร์สังเคราะห์ที่ผ่านกระบวนการไพโรไลซิส เมทริกซ์จะผูกองค์ประกอบเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดเป็นรูปทรง สารเสริมกำลังคือเส้นใย: แก้ว, คาร์บอน, โบรอน, อินทรีย์ซึ่งมีพื้นฐานมาจากผลึกมัสสุ (ออกไซด์, คาร์ไบด์, บอไรด์, ไนไตรด์และอื่น ๆ ) รวมถึงโลหะ (ลวด) ซึ่งมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งสูง

วัสดุเสริมแรงสามารถอยู่ในรูปแบบของเส้นใย, เส้น, ด้าย, เทป, ผ้าหลายชั้น

ปริมาณสารทำให้แข็งในวัสดุเชิงปริมาณคือ 60-80 % โดยปริมาตร ในวัสดุที่ไม่เน้น (พร้อมเส้นใยแยกและหนวด) - 20-30 % โดยปริมาตร ยิ่งความแข็งแรงและโมดูลัสยืดหยุ่นของเส้นใยสูงเท่าใด ความแข็งแรงและความแข็งของวัสดุคอมโพสิตก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น คุณสมบัติของเมทริกซ์จะกำหนดแรงเฉือนและแรงอัดขององค์ประกอบและความต้านทานต่อความเสียหายจากความเมื่อยล้า

ในวัสดุที่เป็นชั้นเส้นใยด้ายเทปที่ชุบด้วยสารยึดเกาะจะถูกวางขนานกันในระนาบการวาง ชั้นแบนประกอบเป็นแผ่น คุณสมบัติเป็นแบบแอนไอโซโทรปิก เพื่อให้วัสดุใช้งานได้ในผลิตภัณฑ์ สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงทิศทางของแรงกระทำด้วย สามารถสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติทั้งไอโซโทรปิกและแอนไอโซทรอปิกได้ สามารถวางไฟเบอร์ได้ในมุมที่แตกต่างกัน โดยขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิต ความแข็งแกร่งด้านแรงดัดงอและแรงบิดของวัสดุขึ้นอยู่กับลำดับการวางชั้นต่างๆ ตามความหนาของบรรจุภัณฑ์

ใช้กำลังเสริมสามสี่เธรดขึ้นไป

โครงสร้างที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือโครงสร้างของเธรดสามตัวตั้งฉากกัน เหล็กเสริมสามารถอยู่ในทิศทางตามแนวแกน แนวรัศมี และเส้นรอบวง

วัสดุสามมิติอาจมีความหนาเท่าใดก็ได้ในรูปของบล็อกหรือทรงกระบอก ผ้าขนาดใหญ่จะเพิ่มความแข็งแรงในการลอกและแรงเฉือนเมื่อเปรียบเทียบกับผ้าลามิเนต ระบบสี่เธรดถูกสร้างขึ้นโดยการสลายตัวของเหล็กเสริมตามแนวทแยงของลูกบาศก์ โครงสร้างของเกลียวทั้งสี่นั้นมีความสมดุลและเพิ่มความแข็งแกร่งของแรงเฉือนในระนาบหลัก

อย่างไรก็ตาม การสร้างวัสดุสี่ทิศทางนั้นยากกว่าการสร้างวัสดุสามทิศทาง

38.1. การจัดหมวดหมู่

วัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุเสริมแรงด้วยสารตัวเติมที่จัดเรียงในลักษณะใดลักษณะหนึ่งในเมทริกซ์

การยึดติดส่วนประกอบหรือเมทริกซ์ในวัสดุคอมโพสิตอาจแตกต่างกัน - โพลีเมอร์ เซรามิก โลหะ หรือผสม ในกรณีหลังนี้ เราพูดถึงวัสดุคอมโพสิตโพลีเมทริกซ์

ตามสัณฐานวิทยาของขั้นตอนการเสริมแรง วัสดุคอมโพสิตแบ่งออกเป็น:

มิติเป็นศูนย์ (การกำหนด: 0,) หรือเสริมด้วยอนุภาคที่มีการกระจายตัวที่แตกต่างกัน กระจายแบบสุ่มในเมทริกซ์

เส้นใยมิติเดียว (สัญลักษณ์: 1) หรือเสริมด้วยเส้นใยต่อเนื่องหรือแบบไม่ต่อเนื่องทิศทางเดียว

ชั้นสองมิติ (การกำหนด: 2) หรือมีแผ่นหรือชั้นเสริมแรงที่เหมือนกัน (รูปที่ 38.1)

แอนไอโซโทรปีของวัสดุคอมโพสิตที่ "ออกแบบ" ล่วงหน้าโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ในโครงสร้างที่เหมาะสมเรียกว่าโครงสร้าง

ขึ้นอยู่กับขนาดของขั้นตอนการเสริมแรงหรือขนาดของเซลล์เสริมแรง วัสดุคอมโพสิตจะถูกแบ่งดังนี้:

ซับไมโครคอมโพสิต (ขนาดเซลล์เสริมแรง เส้นใย หรือเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาค)<С 1 мкм), например, дисперсноупрочненные сплавы или волокнистые композиционные материалы с очень тонкими волокнами:

ไมโครคอมโพสิต (ขนาดเซลล์เสริมแรง เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใย อนุภาคหรือความหนาของชั้น ^1 µm) เช่น วัสดุเสริมแรงด้วยอนุภาค เส้นใยคาร์บอน ซิลิคอนคาร์ไบด์ โบรอน ฯลฯ โลหะผสมยูเทคติกทิศทางเดียว

แมคโครคอมโพสิต (เส้นผ่านศูนย์กลางหรือความหนาของส่วนประกอบเสริมแรง -100 ไมครอน) เช่น ชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะผสมทองแดงหรืออลูมิเนียมเสริมแรงด้วยทังสเตน ลวดเหล็ก หรือฟอยล์ แมคโครคอมโพสิตมักใช้เพื่อเพิ่มความต้านทานการสึกหรอของชิ้นส่วนเสียดสีในอุปกรณ์เทคโนโลยี

38.2. ปฏิกิริยาระหว่างพื้นผิวในวัสดุคอมโพสิต

38.2.1. ความเข้ากันได้ทางเคมีฟิสิกส์และอุณหกลของส่วนประกอบ

การรวมกันของสารที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกายภาพทำให้เกิดปัญหาเรื่องความเข้ากันได้ทางอุณหพลศาสตร์และจลน์ของส่วนประกอบในการพัฒนา การผลิต และการเชื่อมต่อของวัสดุคอมโพสิต ภายใต้ความกดดัน

ความเข้ากันได้แบบไดนามิกเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นความสามารถของเมทริกซ์และการเสริมแรงฟิลเลอร์ให้อยู่ในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์โดยไม่จำกัดเวลาที่อุณหภูมิการผลิตและการทำงาน วัสดุคอมโพสิตที่สร้างขึ้นเทียมเกือบทั้งหมดนั้นเข้ากันไม่ได้ทางอุณหพลศาสตร์ ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือระบบโลหะบางระบบ (Cu-W, Cu-Mo, Ag-W) ซึ่งไม่มีปฏิกิริยาทางเคมีและการแพร่ระหว่างเฟสโดยไม่จำกัดระยะเวลาในการสัมผัส

ความเข้ากันได้ทางจลน์ศาสตร์ - ความสามารถของส่วนประกอบของวัสดุคอมโพสิตในการรักษาสมดุลที่แพร่กระจายได้ในช่วงเวลาอุณหภูมิ-เวลาที่แน่นอน ปัญหาความเข้ากันได้ทางจลน์มีสองด้าน: 1) ทางกายภาพและเคมี - รับประกันพันธะที่แข็งแกร่งระหว่างส่วนประกอบและการจำกัดกระบวนการของการละลาย การแพร่กระจายแบบเฮเทอโรและปฏิกิริยาที่ส่วนต่อประสาน ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์อันตรกิริยาเปราะและการย่อยสลายของ ความแข็งแรงของขั้นตอนการเสริมแรงและวัสดุคอมโพสิตโดยรวม 2) เทอร์โมกลศาสตร์ - บรรลุการกระจายตัวที่ดีของความเค้นภายในของแหล่งกำเนิดความร้อนและทางกลและลดระดับของมัน สร้างความมั่นใจในความสัมพันธ์ที่สมเหตุสมผลระหว่างการแข็งตัวของความเครียดของเมทริกซ์และความสามารถในการผ่อนคลายความเครียด ป้องกันการโอเวอร์โหลดและการทำลายระยะการเสริมกำลังก่อนเวลาอันควร

มีความเป็นไปได้ดังต่อไปนี้ในการปรับปรุงความเข้ากันได้ทางกายภาพและทางเคมีของเมทริกซ์โลหะด้วยสารตัวเติมเสริมแรง:

I. การพัฒนาสารตัวเติมเสริมแรงประเภทใหม่ๆ ที่ทนทานต่อการสัมผัสกับเมทริกซ์โลหะที่อุณหภูมิสูง เช่น เส้นใยเซรามิก หนวดและอนุภาคกระจายของซิลิคอนคาร์ไบด์ ไทเทเนียม เซอร์โคเนียม โบรอน อลูมิเนียมออกไซด์ เซอร์โคเนียม ซิลิคอนไนไตรด์ โบรอน ฯลฯ

II การใช้สารเคลือบกั้นบนตัวเติมเสริมแรง เช่น การเคลือบโลหะทนไฟ ไทเทเนียมคาร์ไบด์ แฮฟเนียม โบรอน ไทเทเนียมไนไตรด์ โบรอน อิตเทรียมออกไซด์บนเส้นใยคาร์บอน โบรอน ซิลิคอนคาร์ไบด์ การเคลือบกั้นบางประเภทบนเส้นใย ซึ่งส่วนใหญ่เป็นโลหะ ทำหน้าที่เป็นวิธีการปรับปรุงการทำให้เส้นใยเปียกโดยการหลอมแบบเมทริกซ์ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลิตวัสดุคอมโพสิตโดยวิธีเฟสของเหลว การเคลือบดังกล่าวมักเรียกว่าเทคโนโลยี

สิ่งสำคัญไม่น้อยคือเอฟเฟกต์การทำให้เป็นพลาสติกที่ค้นพบระหว่างการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการเคลือบซึ่งแสดงออกมาในการรักษาเสถียรภาพและแม้แต่การเพิ่มความแข็งแรงของเส้นใย (ตัวอย่างเช่นเมื่ออะลูมิไนซ์เส้นใยโบรอนโดยการดึงพวกมันผ่านอ่างหลอมละลายหรือเมื่อทำให้เส้นใยคาร์บอนเป็นนิกเกิลในภายหลัง การรักษาความร้อน)

สาม. การใช้ในวัสดุผสมของเมทริกซ์โลหะที่เจือด้วยองค์ประกอบที่สัมพันธ์กับสารตัวเติมเสริมแรงมากกว่าโลหะเมทริกซ์ หรือใช้สารลดแรงตึงผิว การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในองค์ประกอบทางเคมีของส่วนต่อประสานควรป้องกันการพัฒนาปฏิสัมพันธ์ระหว่างผิว การผสมเมทริกซ์อัลลอยด์กับสารเติมแต่งที่ออกฤทธิ์ที่พื้นผิวหรือก่อรูปคาร์ไบด์ รวมถึงการใช้เทคโนโลยีการเคลือบกับเส้นใย สามารถช่วยปรับปรุงความสามารถในการเปียกของฟิลเลอร์เสริมแรงด้วย โลหะละลาย

IV. การผสมเมทริกซ์กับองค์ประกอบที่เพิ่มศักยภาพทางเคมีของสารตัวเติมเสริมแรงในโลหะผสมเมทริกซ์หรือด้วยสารเติมแต่งของวัสดุตัวเติมเสริมแรงจนถึงความเข้มข้นของความอิ่มตัวที่อุณหภูมิของการผลิตและการทำงานของวัสดุคอมโพสิต การผสมดังกล่าวป้องกันการละลายของเฟสเสริมแรงเช่น เพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนขององค์ประกอบ

V. การสร้างวัสดุคอมโพสิต "เทียม" ที่คล้ายกับองค์ประกอบยูเทคติก "ธรรมชาติ" โดยการเลือกองค์ประกอบที่เหมาะสมของส่วนประกอบ

วี. การเลือกระยะเวลาที่เหมาะสมในการสัมผัสส่วนประกอบระหว่างกระบวนการเฉพาะสำหรับการผลิตวัสดุคอมโพสิตหรือภายใต้เงื่อนไขของการบริการ กล่าวคือ โดยคำนึงถึงอุณหภูมิและปัจจัยแรง ในด้านหนึ่ง ระยะเวลาในการสัมผัสต้องเพียงพอสำหรับการก่อตัวของการยึดติดกาวที่แข็งแกร่งระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ในทางกลับกัน ไม่นำไปสู่ปฏิกิริยาทางเคมีที่รุนแรง การก่อตัวของขั้นตอนกลางที่เปราะ และความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิตลดลง

ความเข้ากันได้ทางอุณหกลของส่วนประกอบในวัสดุคอมโพสิตได้รับการรับรองโดย:

การเลือกเมทริกซ์อัลลอยด์และตัวเติมโดยมีความแตกต่างน้อยที่สุดในโมดูลัสยืดหยุ่น อัตราส่วนของปัวซอง และสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน

การใช้ชั้นกลางและการเคลือบในขั้นตอนการเสริมแรง การลดความแตกต่างในคุณสมบัติทางกายภาพของเมทริกซ์และเฟส

เปลี่ยนจากการเสริมแรงด้วยส่วนประกอบประเภทหนึ่งเป็นการเสริมแรงโพลีเช่น การผสมผสานในวัสดุคอมโพสิตเดียวของการเสริมแรงเส้นใยอนุภาคหรือชั้นที่แตกต่างกันในองค์ประกอบและคุณสมบัติทางกายภาพ

การเปลี่ยนรูปทรงของชิ้นส่วน รูปแบบ และขนาดของเหล็กเสริม สัณฐานวิทยา ขนาด และสัดส่วนปริมาตรของระยะเสริมแรง แทนที่ฟิลเลอร์ต่อเนื่องด้วยฟิลเลอร์แบบแยกส่วน

ทางเลือกของวิธีการและรูปแบบสำหรับการผลิตวัสดุคอมโพสิตที่ช่วยให้มั่นใจได้ถึงระดับความแข็งแรงพันธะของส่วนประกอบต่างๆ

38.2.2. การเสริมกำลังสารตัวเติม

เพื่อเสริมกำลังเมทริกซ์โลหะ มีการใช้ตัวเติมโมดูลัสที่มีความแข็งแรงสูง - โลหะต่อเนื่องและแยกส่วน เส้นใยอโลหะและเซรามิก เส้นใยสั้นและอนุภาค หนวด (ตาราง 38.1)

คาร์บอนไฟเบอร์เป็นหนึ่งในวัสดุเสริมแรงที่ทันสมัยและทันสมัยที่สุดในการผลิต ข้อได้เปรียบที่สำคัญของคาร์บอนไฟเบอร์คือความถ่วงจำเพาะต่ำ ค่าการนำความร้อนใกล้เคียงกับโลหะ (R = 83.7 W/(mK)) และต้นทุนค่อนข้างต่ำ

เส้นใยมีจำหน่ายในรูปแบบของเส้นใยไมโอโกฟิลาเมนต์ตรงหรือบิด ผ้าหรือริบบิ้นที่ทำจากเส้นใยเหล่านั้น เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 2 ถึง 10 ไมครอน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของวัตถุดิบตั้งต้น จำนวนเส้นใยในชุดรวม - ตั้งแต่ร้อยถึงหมื่นชิ้น

เส้นใยคาร์บอนมีความทนทานต่อสารเคมีสูงต่อสภาพบรรยากาศและกรดแร่ ความต้านทานความร้อนของเส้นใยต่ำ: อุณหภูมิการทำงานระยะยาวในอากาศไม่เกิน 300-400 °C เพื่อเพิ่มความทนทานต่อสารเคมีเมื่อสัมผัสกับโลหะ จึงมีการใช้การเคลือบกั้นของไทเทเนียมและเซอร์โคเนียมโบไรด์ ไทเทเนียมคาร์ไบด์ เซอร์โคเนียม ซิลิคอน และโลหะทนไฟบนพื้นผิวของเส้นใย

เส้นใยโบรอนเกิดจากการสะสมของโบรอนจากก๊าซผสมของไฮโดรเจนและโบรอนไตรคลอไรด์ลงบนลวดทังสเตนหรือเส้นใยคาร์บอนเดี่ยวที่ให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 1100-1200 °C เมื่อถูกความร้อนในอากาศ เส้นใยโบรอนจะเริ่มออกซิไดซ์ที่อุณหภูมิ 300-350 °C และที่อุณหภูมิ 600-800 °C เส้นใยจะสูญเสียความแข็งแรงไปโดยสิ้นเชิง ปฏิกิริยาเชิงรุกกับโลหะส่วนใหญ่ (Al, Mg, Ti, Fe, Ni) เริ่มต้นที่อุณหภูมิ 400-600 °C เพื่อเพิ่มความต้านทานความร้อนของเส้นใยโบรอน จึงมีการใช้ชั้นบางๆ (2-6 μm) ของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC/B/W), โบรอนคาร์ไบด์ (B4C/B/W), โบรอนไนไตรด์ (BN/B/W) เฟสแก๊ส

เส้นใยซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 100-200 ไมครอนผลิตโดยการสะสมที่อุณหภูมิ 1300 °C จากส่วนผสมไอก๊าซของซิลิคอนเตตระคลอไรด์และมีเทน เจือจางด้วยไฮโดรเจนในอัตราส่วน 1: 2: 10 บนลวดทังสเตน

เส้นใยคาร์บอน






ราฟิล-HST


ธอร์เนล-100
Torayka-T-ZOOA
โทเรย์กะ-M-40A
	เส้นใยโบรอน




	เส้นใยซิลิคอนคาร์ไบด์

เขาไม่เซ่อ
		โลหะ
เบริลเลียม
ทังสเตน
โมลิบดีนัม
ไทเทเนียม
เหล็ก

ตารางที่ 38.2

โลหะผสมที่ใช้เป็นเมทริกซ์ในวัสดุคอมโพสิต

	องค์ประกอบ % (โดยน้ำหนัก)	ประเทศ - ผู้พัฒนาและ GOST	คุณสมบัติของโลหะผสม

อลูมิเนียม
	<0,3 Fe, <0,3 Si, <0,25 Mn	GOST 4784-74
	6.8 Mg-0.8 Mn-0.005 บี	GOST 4784-74
	0.4 Cu-1.2 Mg-0.8 Si-0.35 Cr	GOST 4784-74
	4.9 Cu-1.8 Mg-0.9 Mn	GOST 4784-74
	2.0 Cu-2.8 Mg-0.6 Mn-0.25 Cr	GOST 4784-74
		GOST 2685-75
		GOST 2685-75
	1 Fe-0.2 Cu-0.1 Zn
	0.5 Si-0.5 Fe-4.9 Cu-0.25 Zn-

	0.8 Si-0.7 Fe-0.4 Cu-0.25 Zn-
	0.15 Mn-1 Mg-0.15 Ti-0.15 Cr
แมกนีเซียม

	(7.5-9.0) อัล-0.5 Mn-(0.2-0.8) สังกะสี	GOST 2856-68
	(4-5) Zn-(0.6-1.1) Zr
ที ไทเทเนียม

	(5.3-6.5)อัล-(3.5-4.5)V
	5.9 อัล-5.5 วี-5.5 โม-2.0 Cr-

นิกเกิล
	(19-22) Cr-(0.15-0.35) Ti
	25 Cr-(13-16) W- (0.3-0.7) Ti
	(4-5) โค-12 Cr-4 โม-5 W-
	3 Ti-6 อัล-2 เฟ

หรือเส้นใยคาร์บอนพิทช์ ตัวอย่างเส้นใยที่ดีที่สุดมีความแข็งแรง 3000-4000 MPa ที่ 1100 °C

เส้นใยซิลิคอนคาร์ไบด์แบบไม่มีคอร์ในรูปแบบของมัดหลายเส้นใยที่ได้มาจากออร์กาโนไซเลนเหลวโดยการวาดและไพโรไลซิส ประกอบด้วยผลึก f)-SiC ที่ละเอียดมาก

เส้นใยโลหะผลิตในรูปของลวดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.13 0.25 และ 0.5 มม. เส้นใยที่ทำจากเหล็กที่มีความแข็งแรงสูงและโลหะผสมเบริลเลียมมีจุดประสงค์เพื่อเสริมเมทริกซ์ที่ทำจากโลหะผสมเบาและไทเทเนียมเป็นหลัก เส้นใยจากโลหะทนไฟที่ผสมกับรีเนียม ไทเทเนียม ออกไซด์ และเฟสคาร์ไบด์ ถูกนำมาใช้เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับนิกเกิล-โครเมียม ไทเทเนียม และโลหะผสมอื่นๆ ที่ทนความร้อน

หนวดที่ใช้ในการเสริมแรงอาจเป็นโลหะหรือเซรามิก โครงสร้างของผลึกดังกล่าวเป็นแบบโมโนคริสตัลไลน์ โดยปกติแล้วเส้นผ่านศูนย์กลางจะสูงถึง 10 ไมครอน โดยมีอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง 20-100 หนวดได้มาโดยวิธีการต่างๆ: การเติบโตจากการเคลือบ การสะสมด้วยไฟฟ้า การสะสมจากสภาพแวดล้อมไอระเหยก๊าซ การตกผลึก จากเฟสก๊าซผ่านเฟสของเหลว โดยกลไกไอ-ของเหลว-คริสตัล ไพโรไลซิส การตกผลึกจากสารละลายอิ่มตัว เครื่องใน

38.2.3. โลหะผสมเมทริกซ์

ในวัสดุคอมโพสิตโลหะ เมทริกซ์ส่วนใหญ่จะใช้จากโลหะผสมที่ขึ้นรูปและหล่อเบาของอลูมิเนียมและแมกนีเซียม เช่นเดียวกับโลหะผสมของทองแดง นิกเกิล โคบอลต์ สังกะสี ดีบุก ตะกั่ว และเงิน นิกเกิล-โครเมียมทนความร้อน, ไทเทเนียม, เซอร์โคเนียม, โลหะผสมวานาเดียม; โลหะผสมของโลหะทนไฟ โครเมียม และไนโอเบียม (ตารางที่ 38 2)

38.2.4. ประเภทของพันธะและโครงสร้างส่วนต่อประสานในวัสดุคอมโพสิต

วิธีการและโหมดในการรับวัสดุคอมโพสิตข้ามอินเทอร์เฟซ ขึ้นอยู่กับวัสดุตัวเติมและเมทริกซ์ มีการใช้พันธะหกประเภท (ตารางที่ 38.3) พันธะที่แข็งแกร่งที่สุดระหว่างส่วนประกอบในองค์ประกอบกับเมทริกซ์โลหะนั้นได้มาจากปฏิกิริยาทางเคมี พันธะประเภททั่วไปถูกผสมกัน แสดงโดยสารละลายของแข็งและเฟสระหว่างโลหะ (เช่น องค์ประกอบ "เส้นใยอะลูมิเนียม-โบรอน" ที่ได้จากการหล่อแบบต่อเนื่อง) หรือสารละลายของแข็ง เฟสระหว่างโลหะและออกไซด์ (องค์ประกอบเดียวกันที่ได้จากการกดพลาสมากึ่ง - ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป) ฯลฯ

38.3. วิธีการผลิตวัสดุคอมโพสิต

เทคโนโลยีสำหรับการผลิตวัสดุคอมโพสิตโลหะนั้นถูกกำหนดโดยการออกแบบผลิตภัณฑ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีรูปร่างที่ซับซ้อนและต้องมีการเตรียมข้อต่อโดยการเชื่อม การบัดกรี การติดกาวหรือการตอกหมุด และตามกฎแล้วเป็นแบบหลายขั้นตอน

พื้นฐานองค์ประกอบสำหรับการผลิตชิ้นส่วนหรือผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป (แผ่น ท่อ โปรไฟล์) จากวัสดุคอมโพสิตส่วนใหญ่มักเรียกว่าพรีเพกหรือเทปที่มีฟิลเลอร์เสริมแรงหนึ่งชั้น ชุบหรือเคลือบด้วยโลหะผสมเมทริกซ์ สายพ่วงไฟเบอร์ที่ชุบด้วยโลหะหรือเส้นใยเดี่ยวที่เคลือบด้วยโลหะผสมเมทริกซ์

ประเภทของการสื่อสารตามพื้นผิวอินเทอร์เฟซในวัสดุคอมโพสิต

ประเภทของการสื่อสาร

การเชื่อมต่อทางกลระหว่างส่วนประกอบ

การละลายการทำให้เปียก

การก่อตัวของเฟสใหม่ที่ส่วนต่อประสานอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างส่วนประกอบ

แลกเปลี่ยนปฏิกิริยาเคมีระหว่างส่วนประกอบต่างๆ

การสื่อสารผ่านออกไซด์

การสื่อสารแบบผสมผสาน หรือการสื่อสารประเภทต่างๆ รวมกัน

ไฟเบอร์กลาส เมทริกซ์คาร์บอนไฟเบอร์-โพลีเมอร์

ละลายทองแดง - เส้นใยทังสเตน

ปฏิสัมพันธ์ของ tigaia กับเส้นใยโบรอน Ti+2B-»-TiBa

ปฏิกิริยาระหว่างเมทริกซ์โลหะผสมไทเทเนียมที่ประกอบด้วยอะลูมิเนียมกับเส้นใยโบรอน:

Ti (Al)-j-2B-4Ti, Al) B2 Ti-HTi, Al) Ba-»TiBa+Ti (Al) การก่อตัวของสปิเนลที่ส่วนต่อระหว่างเส้นใยแซฟไฟร์และเมทริกซ์นิกเกิล Nt0+Ala03 NiAla04 ปฏิกิริยาระหว่างเส้นใยโบรอนกับการหลอมของอลูมิเนียม: ทำให้เปียก การก่อตัวของสารละลาย A1 (B) การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาในรูปแบบของเฟสแยก A1B1a, A1Bu, A1Ba

ชิ้นส่วนและผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปได้มาจากการรวม (การบดอัด) พรีเพกดั้งเดิมโดยใช้วิธีการชุบ การอัดร้อน การรีด หรือการวาดแพ็คเกจของพรีเพก บางครั้งทั้งพรีเพกและผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตได้รับการผลิตโดยใช้วิธีการเดียวกัน เช่น การใช้ผงหรือการหล่อ แต่ภายใต้โหมดที่ต่างกันและในขั้นตอนทางเทคโนโลยีที่ต่างกัน

วิธีการผลิตพรีเพก ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป และผลิตภัณฑ์จากวัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะ แบ่งได้เป็น 5 กลุ่มหลัก ได้แก่ 1) เฟสไอ-แก๊ส 2) เฟสไอ-แก๊ส 2) เฟสไอ-แก๊ส 2) เฟสไอ-แก๊ส 2) เฟสไอ-แก๊ส 2) เฟสไอ-แก๊ส 2) เฟสไอ-แก๊ส 2) เคมีและเคมีไฟฟ้า 3) เฟสของเหลว; 4) เฟสของแข็ง; 5) เฟสของแข็งและของเหลว

38.4. คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์โลหะ

วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะมีข้อได้เปรียบที่ไม่อาจปฏิเสธได้เหนือวัสดุโครงสร้างอื่นๆ ที่มีไว้สำหรับใช้ในสภาวะที่รุนแรง ข้อดีเหล่านี้ได้แก่: มีความแข็งแรงสูงและ... ความแข็งแกร่งรวมกับความเหนียวแตกหักสูง ความแข็งแรงและความแข็งแกร่งจำเพาะสูง (อัตราส่วนของความต้านทานแรงดึงและโมดูลัสยืดหยุ่นต่อความถ่วงจำเพาะของ a/y และ E/y) ขีดจำกัดความเหนื่อยล้าสูง ทนความร้อนสูง ความไวต่ำต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ต่อข้อบกพร่องที่พื้นผิว คุณสมบัติการหน่วงสูง การนำไฟฟ้าและความร้อน ความสามารถในการผลิตในการออกแบบ การประมวลผล และการเชื่อมต่อ (ตารางที่ 38 4)

วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะเปรียบเทียบกับวัสดุโครงสร้างโลหะที่ดีที่สุด

ตารางที่ 385

คุณสมบัติทางกลของวัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะ

องค์ประกอบ			เครื่องกล คุณสมบัติ
	การรับ
อลูมิเนียมอัลลอยด์ - เส้นใย, ลวด, NK ADM2H18Н10Т		กลิ้ง
AMg6-12X18NDT

		การกด การแพร่กระจาย
		เชื่อมเหมือนกัน
A1-7% Mg-ทอร์เนล 75		การทำให้ชุ่ม
อัล-12% ไซ-ทอร์เนล 50

		กดเหมือนกัน

แมกนีเซียมอัลลอยด์-ฟิลเลอร์ Mg-B		การทำให้ชุ่ม
	ต่อเนื่อง
		การหล่อแบบแพร่กระจาย
		การเชื่อมทำให้มีขึ้น

ในกรณีที่ไม่มีข้อกำหนดพิเศษสำหรับวัสดุที่เกี่ยวข้องกับการนำความร้อน การนำไฟฟ้า ความต้านทานต่อความเย็น และคุณสมบัติอื่น ๆ ช่วงอุณหภูมิการทำงานของวัสดุคอมโพสิตจะถูกกำหนดดังนี้:<250 °С - для материалов с полимерными матрицами; >1,000 °C - สำหรับวัสดุที่มีเมทริกซ์เซรามิก วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะครอบคลุมขีดจำกัดเหล่านี้

ลักษณะความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิตบางชนิดแสดงไว้ในตารางที่ 38 5

การเชื่อมต่อประเภทหลักของวัสดุคอมโพสิตในปัจจุบัน ได้แก่ การยึดด้วยสลักเกลียว หมุดย้ำ กาว การเชื่อมต่อโดยการบัดกรีและการเชื่อม และการเชื่อมต่อโดยการบัดกรีและการเชื่อมมีแนวโน้มที่ดีเป็นพิเศษ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้เปิดโอกาสให้ตระหนักถึงคุณสมบัติเฉพาะของคอมโพสิตได้อย่างเต็มที่ วัสดุในโครงสร้าง แต่การใช้งานถือเป็นงานทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคที่ซับซ้อน และในหลายกรณียังไม่ได้ออกจากขั้นตอนการทดลอง

38.5. ปัญหาความสามารถในการเชื่อมของวัสดุคอมโพสิต

ถ้าโดยความสามารถในการเชื่อม เราหมายถึงความสามารถของวัสดุในการสร้างรอยต่อเชื่อมที่ไม่ด้อยกว่าในด้านคุณสมบัติของวัสดุ วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะ โดยเฉพาะส่วนที่เป็นเส้นใย ควรจัดประเภทเป็นวัสดุที่เชื่อมยาก มีหลายสาเหตุนี้.

I. วิธีการเชื่อมและการบัดกรีเกี่ยวข้องกับการเชื่อมวัสดุคอมโพสิตบนเมทริกซ์โลหะ สารตัวเติมเสริมแรงในตะเข็บที่เชื่อมหรือประสานนั้นขาดหายไปโดยสิ้นเชิง (เช่น ในรอยเชื่อมชนที่อยู่ขวางกับทิศทางของการเสริมแรงในวัสดุคอมโพสิตที่เป็นเส้นใยหรือเป็นชั้น) หรือมีอยู่ในเศษส่วนปริมาตรที่ลดลง (เมื่อเชื่อมวัสดุที่มีการกระจายตัวเสริมแรงด้วย ลวดที่มีเฟสเสริมแรงแบบแยกส่วน) หรือมีการละเมิดความต่อเนื่องและทิศทางของการเสริมแรง (ตัวอย่างเช่นระหว่างการเชื่อมแบบแพร่กระจายขององค์ประกอบเส้นใยข้ามทิศทางของการเสริมแรง) ดังนั้นรอยเชื่อมหรือบัดกรีจึงเป็นพื้นที่ที่อ่อนแอของโครงสร้างวัสดุคอมโพสิตซึ่งต้องพิจารณาเมื่อออกแบบและเตรียมรอยต่อสำหรับการเชื่อม ในวรรณคดี มีข้อเสนอสำหรับการเชื่อมส่วนประกอบองค์ประกอบโดยอัตโนมัติเพื่อรักษาความต่อเนื่องของการเสริมแรง (ตัวอย่างเช่น การเชื่อมด้วยแรงดันของเส้นใยทังสเตนในองค์ประกอบทองแดงทังสเตน) อย่างไรก็ตาม การเชื่อมชนอัตโนมัติของวัสดุคอมโพสิตที่เป็นเส้นใยจำเป็นต้องมีการเตรียมขอบเป็นพิเศษ ยึดมั่นอย่างเคร่งครัดกับระยะเสริมแรงและเหมาะสำหรับวัสดุที่เสริมเส้นใยโลหะเท่านั้น ข้อเสนออีกประการหนึ่งคือการเตรียมข้อต่อชนด้วยเส้นใยที่ทับซ้อนกันเกินความยาววิกฤติ แต่สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาในการเติมข้อต่อด้วยวัสดุเมทริกซ์ และรับประกันการยึดเกาะที่แข็งแกร่งที่ส่วนต่อประสานของไฟเบอร์-เมทริกซ์

ครั้งที่สอง สะดวกในการพิจารณาอิทธิพลของการให้ความร้อนในการเชื่อมต่อการพัฒนาปฏิกิริยาเคมีกายภาพในวัสดุคอมโพสิตโดยใช้ตัวอย่างของการเชื่อมต่อที่เกิดขึ้นเมื่อส่วนโค้งละลายวัสดุเส้นใยในทิศทางของการเสริมแรง (รูปที่ 38.2) หากโลหะเมทริกซ์ไม่มีความหลากหลาย (เช่น Al, Mg, Cu, Ni เป็นต้น) ก็สามารถแยกแยะโซนหลักได้ 4 โซนในข้อต่อ: 1 - โซนที่ให้ความร้อนกับอุณหภูมิส่งคืนเมทริกซ์ (โดยการเปรียบเทียบกับการเชื่อมของ วัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกันเราจะเรียกโซนนี้ว่าเป็นวัสดุหลัก) 2 - โซนถูกจำกัดโดยอุณหภูมิของการส่งคืนและการตกผลึกใหม่ของโลหะเมทริกซ์ (โซนการส่งคืน) 3 โซน,

ถูกจำกัดด้วยอุณหภูมิของการตกผลึกซ้ำและการหลอมละลายของเมทริกซ์ (โซนการตกผลึกซ้ำ) 4 - โซนความร้อนเหนืออุณหภูมิหลอมเหลวของเมทริกซ์ (เรียกว่าโซนนี้ว่าการเชื่อม) หากเมทริกซ์ในวัสดุคอมโพสิตเป็นโลหะผสมของ Ti, Zr, Fe และโลหะอื่นๆ ที่มีการแปลงแบบโพลีมอร์ฟิก โซนย่อยที่มีการตกผลึกใหม่ในเฟสทั้งหมดหรือบางส่วนจะปรากฏในโซน 3 แต่สำหรับการพิจารณานี้ ประเด็นนี้ไม่มีนัยสำคัญ

การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตเริ่มต้นในโซน 2 ในที่นี้ กระบวนการนำกลับมาใช้ใหม่จะขจัดความเครียดที่แข็งตัวของเมทริกซ์ที่เกิดขึ้นระหว่างการบดอัดในสถานะของแข็งของวัสดุคอมโพสิต (ในองค์ประกอบที่ได้รับโดยวิธีเฟสของเหลว จะไม่มีการสังเกตการอ่อนตัวในสิ่งนี้ โซน).

ในโซน 3 การตกผลึกใหม่และการเติบโตของเม็ดโลหะเมทริกซ์จะเกิดขึ้น เนื่องจากการเคลื่อนที่แบบแพร่กระจายของอะตอมเมทริกซ์ การพัฒนาปฏิสัมพันธ์ระหว่างเฟสซึ่งเริ่มต้นในกระบวนการผลิตวัสดุคอมโพสิตจึงเป็นไปได้ ความหนาของชั้นที่เปราะเพิ่มขึ้นและคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตโดยรวมลดลง เมื่อวัสดุเชื่อมฟิวชั่น
เมื่อได้รับโดยวิธีการบดอัดเฟสของแข็งของผงหรือพรีเพรกด้วยผงหรือเมทริกซ์ที่พ่น จะมีความพรุนเกิดขึ้นตามขอบเขตฟิวชันและขอบเขตระหว่างเฟสที่อยู่ติดกัน ซึ่งไม่เพียงแต่ทำให้คุณสมบัติด้านความแข็งแรงลดลงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความหนาแน่นของรอยเชื่อมด้วย

ในโซน 4 (รอยเชื่อม) สามารถแยกแยะได้ 3 ส่วน:

ส่วนที่ 4" ซึ่งอยู่ติดกับแกนของแนวเชื่อม ซึ่งเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปอย่างแรงภายใต้ส่วนโค้งของเมทริกซ์โลหะหลอมเหลว และระยะเวลาที่ยาวที่สุดของโลหะที่อยู่ในสถานะหลอมเหลว จะทำให้เฟสเสริมแรงละลายโดยสมบูรณ์

ส่วนที่ 4" มีลักษณะพิเศษคืออุณหภูมิความร้อนที่ต่ำกว่าของวัสดุหลอมและระยะเวลาสัมผัสที่สั้นกว่าของเฟสเสริมแรงกับของหลอม ในขั้นตอนนี้ละลายเพียงบางส่วนในการหลอม (เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยลดลง โพรงจะปรากฏขึ้น บนพื้นผิว ทิศทางเดียวของการเสริมแรงถูกรบกวน);

ส่วนที่ 4"" ซึ่งไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่เห็นได้ชัดเจนในขนาดของเฟสการเสริมแรง แต่มีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงกับการหลอมละลายเกิดขึ้น ชั้นหรือเกาะของผลิตภัณฑ์อันตรกิริยาที่เปราะจะเกิดขึ้น และความแข็งแรงของเฟสการเสริมแรงลดลง เป็นผลให้โซน 4 กลายเป็นโซนที่สร้างความเสียหายสูงสุดต่อวัสดุคอมโพสิตระหว่างการเชื่อม

สาม. เนื่องจากความแตกต่างในการขยายตัวทางความร้อนของวัสดุเมทริกซ์และระยะการเสริมแรงในรอยต่อแบบเชื่อมของวัสดุคอมโพสิต ทำให้เกิดความเค้นเทอร์โมอิลาสติกเพิ่มเติม ทำให้เกิดข้อบกพร่องต่างๆ: การแตกร้าว การทำลายระยะการเสริมแรงแบบเปราะในโซนที่ได้รับความร้อนมากที่สุด 4 ของข้อต่อ การแยกตัวตามขอบเขตระหว่างเฟสในโซน 3

เพื่อให้มั่นใจถึงคุณสมบัติสูงของรอยเชื่อมของวัสดุคอมโพสิต ขอแนะนำดังต่อไปนี้

ประการแรก ในบรรดาวิธีการเชื่อมที่เป็นที่รู้จัก ควรให้ความสำคัญกับวิธีการเชื่อมแบบโซลิดเฟส ซึ่งเนื่องจากพลังงานที่ป้อนเข้าน้อยกว่า จึงทำให้คุณสมบัติของส่วนประกอบในโซนรอยต่อเสื่อมลงได้น้อยที่สุด

ประการที่สอง ต้องเลือกโหมดการเชื่อมด้วยแรงดันเพื่อป้องกันการเคลื่อนตัวหรือการบดอัดของส่วนประกอบเสริมแรง

ประการที่สาม เมื่อควรเลือกวัสดุคอมโพสิตการเชื่อมฟิวชั่น วิธีการและโหมดเพื่อให้แน่ใจว่าความร้อนจะเข้าสู่บริเวณรอยต่อน้อยที่สุด

ประการที่สี่ การเชื่อมฟิวชั่นควรได้รับการแนะนำสำหรับการเข้าร่วมวัสดุคอมโพสิตกับส่วนประกอบที่เข้ากันได้กับอุณหพลศาสตร์ เช่น ทองแดง-ทังสเตน ทองแดง-โมลิบดีนัม ทังสเตนเงิน หรือเสริมด้วยสารตัวเติมทนความร้อน เช่น เส้นใยซิลิกอนคาร์ไบด์ หรือสารตัวเติมที่มีสารเคลือบกั้น เช่น เส้นใยโบรอนที่เคลือบด้วยโบรอนคาร์ไบด์หรือเคลือบซิลิกอนคาร์ไบด์

ประการที่ห้า อิเล็กโทรดหรือวัสดุตัวเติมหรือวัสดุของปะเก็นกลางสำหรับการเชื่อมฟิวชั่นหรือการบัดกรีจะต้องมีสารเติมแต่งอัลลอยด์ที่จำกัดการละลายของส่วนประกอบเสริมแรงและการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ที่เปราะของปฏิกิริยาระหว่างผิวในระหว่างกระบวนการเชื่อมและระหว่างการดำเนินการภายหลังของการเชื่อม หน่วย

38.5.1. การเชื่อมวัสดุคอมโพสิต

วัสดุคอมโพสิตที่เป็นเส้นใยและลามิเนตมักถูกนำมาต่อกันในลักษณะที่มีการขัดถู อัตราส่วนของความยาวของพื้นต่อความหนาของวัสดุมักจะเกิน 20 การเชื่อมต่อดังกล่าวสามารถเสริมให้แข็งแกร่งยิ่งขึ้นด้วยการเชื่อมต่อแบบตรึงหรือแบบเกลียว นอกจากข้อต่อตักแล้ว ยังสามารถสร้างข้อต่อแบบชนและมุมในทิศทางของการเสริมแรง และโดยทั่วไปน้อยกว่า ก็คือการเชื่อมข้ามทิศทางของการเสริมแรง ในกรณีแรกด้วยการเลือกวิธีการและโหมดการเชื่อมหรือการบัดกรีที่ถูกต้องก็เป็นไปได้ที่จะได้รับความแข็งแรงของการเชื่อมต่อที่เท่ากัน ในกรณีที่สอง ความแรงของการเชื่อมต่อมักจะไม่เกินความแข็งแรงของวัสดุเมทริกซ์

วัสดุคอมโพสิตที่เสริมด้วยอนุภาค เส้นใยสั้น และหนวดจะถูกเชื่อมโดยใช้เทคนิคเดียวกับโลหะผสมหรือวัสดุที่เป็นผงที่ทำให้แข็งตัวด้วยการตกตะกอน ในกรณีนี้ ความแข็งแรงที่เท่ากันของรอยเชื่อมกับวัสดุฐานสามารถทำได้โดยมีเงื่อนไขว่าวัสดุคอมโพสิตนั้นผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีเฟสของเหลว เสริมด้วยสารตัวเติมทนความร้อน และเมื่อเลือกโหมดการเชื่อมและวัสดุการเชื่อมที่เหมาะสม ในบางกรณี อิเล็กโทรดหรือวัสดุตัวเติมอาจมีองค์ประกอบคล้ายหรือคล้ายกันกับวัสดุฐาน

38.5.2. การเชื่อมอาร์กป้องกันแก๊ส

วิธีการนี้ใช้สำหรับการเชื่อมฟิวชั่นของวัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ของโลหะและโลหะผสมที่ออกฤทธิ์ทางเคมี (อะลูมิเนียม แมกนีเซียม ไทเทเนียม นิกเกิล โครเมียม) การเชื่อมจะดำเนินการโดยใช้อิเล็กโทรดที่ไม่สิ้นเปลืองในบรรยากาศอาร์กอนหรือผสมกับฮีเลียม เพื่อควบคุมผลกระทบทางความร้อนของการเชื่อมบนวัสดุ ขอแนะนำให้ใช้ส่วนโค้งแบบพัลซิ่ง ส่วนโค้งที่ถูกบีบอัด หรือส่วนโค้งสามเฟส

เพื่อเพิ่มความแข็งแรงของข้อต่อขอแนะนำให้ทำตะเข็บโดยใช้อิเล็กโทรดคอมโพสิตหรือลวดตัวเติมที่มีปริมาณปริมาตรของเฟสเสริมแรง 15-20% เส้นใยสั้นของโบรอน แซฟไฟร์ ไนไตรด์ หรือซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกใช้เป็นเฟสเสริมแรง

38.5.3. การเชื่อมลำแสงอิเล็กตรอน

ข้อดีของวิธีนี้คือการไม่มีการเกิดออกซิเดชันของโลหะหลอมเหลวและตัวเติมเสริมแรง, การกำจัดแก๊สแบบสุญญากาศของโลหะในบริเวณการเชื่อม, ความเข้มข้นของพลังงานสูงในลำแสงซึ่งทำให้สามารถรับข้อต่อที่มีความกว้างของการหลอมขั้นต่ำได้ โซนและโซนได้รับผลกระทบจากความร้อน ข้อได้เปรียบอย่างหลังมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อทำการเชื่อมต่อวัสดุไฟเบอร์คอมโพสิตในทิศทางของการเสริมแรง ด้วยการเตรียมข้อต่อแบบพิเศษ จึงสามารถเชื่อมโดยใช้ฟิลเลอร์สเปเซอร์ได้

38.5.4. การเชื่อมจุดต้านทาน

การมีเฟสเสริมแรงในวัสดุคอมโพสิตจะช่วยลดการนำความร้อนและไฟฟ้าเมื่อเทียบกับวัสดุเมทริกซ์ และป้องกันการก่อตัวของแกนหล่อ ผลลัพธ์ที่น่าพอใจได้รับเมื่อทำการเชื่อมจุดวัสดุคอมโพสิตแผ่นบางกับชั้นหุ้ม เมื่อเชื่อมแผ่นที่มีความหนาต่างๆ หรือแผ่นคอมโพสิตกับแผ่นโลหะที่เป็นเนื้อเดียวกัน เพื่อนำแกนของจุดเชื่อมเข้าไปในระนาบที่สัมผัสกันของแผ่น และปรับสมดุลความแตกต่างในค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุ ให้เลือกอิเล็กโทรดที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน การบีบอัดโซนรอบนอก เปลี่ยนเส้นผ่านศูนย์กลางและรัศมีความโค้งของอิเล็กโทรด และชั้นหุ้มความหนา ให้ใช้ปะเก็นเพิ่มเติม

ความแข็งแรงเฉลี่ยของจุดเชื่อมเมื่อเชื่อมแผ่นอลูมิเนียมเสริมโบรอนโมโนแอกเชียลที่มีความหนา 0.5 มม. (โดยมีเศษส่วนปริมาตรของเส้นใย 50%) คือ 90% ของความแข็งแรงของโบรอน-อลูมิเนียมของหน้าตัดที่เท่ากัน ความแข็งแรงของรอยต่อของแผ่นอะลูมิเนียมโบราที่มีการเสริมแรงแบบขวางจะสูงกว่าความแข็งแรงของรอยต่อของแผ่นที่มีการเสริมแรงตามแนวแกนเดียว

38.5.5. การเชื่อมแบบกระจาย

กระบวนการนี้ดำเนินการที่แรงดันสูงโดยไม่ต้องใช้บัดกรี ดังนั้น ชิ้นส่วนอะลูมิเนียมโบรอนที่จะนำมาต่อจะถูกให้ความร้อนในการรีทอร์ตแบบปิดผนึกจนถึงอุณหภูมิ 480 °C ที่ความดันสูงถึง 20 MPa และคงไว้ภายใต้สภาวะเหล่านี้เป็นเวลา 30-90 นาที กระบวนการทางเทคโนโลยีของการเชื่อมจุดต้านทานการแพร่กระจายของโบราอลูมิเนียมกับไทเทเนียมแทบจะไม่แตกต่างจากการเชื่อมจุดฟิวชั่น ข้อแตกต่างคือเลือกโหมดการเชื่อมและรูปร่างของอิเล็กโทรดเพื่อให้อุณหภูมิความร้อนของเมทริกซ์อลูมิเนียมใกล้เคียงกับอุณหภูมิหลอมเหลว แต่ต่ำกว่านั้น เป็นผลให้เกิดโซนการแพร่กระจายที่มีความหนา 0.13 ถึง 0.25 ไมครอนที่จุดที่สัมผัสกัน

ชิ้นงานที่เชื่อมแบบตักโดยการเชื่อมแบบจุดกระจาย เมื่อทดสอบด้วยแรงดึงในช่วงอุณหภูมิ 20-120 °C จะถูกทำลายไปตามวัสดุฐานโดยมีการฉีกขาดไปตามเส้นใย ที่อุณหภูมิ 315 °C ตัวอย่างจะถูกทำลายโดยแรงเฉือนที่ข้อต่อ

38.5.6. การเชื่อมแบบกดลิ่ม

ในการเชื่อมต่อปลายที่ทำจากโลหะผสมโครงสร้างทั่วไปกับท่อหรือตัวเครื่องที่ทำจากวัสดุคอมโพสิต วิธีการได้รับการพัฒนาสำหรับการเชื่อมโลหะที่แตกต่างกันซึ่งมีความแข็งแตกต่างกันอย่างมาก ซึ่งสามารถเรียกว่าการกดไมโครลิ่ม แรงดันกดเกิดขึ้นเนื่องจากความเครียดจากความร้อนที่เกิดขึ้นเมื่อให้ความร้อนแก่แมนเดรลและที่จับของอุปกรณ์เชื่อมแบบเทอร์โมคอมเพรสชัน ซึ่งทำจากวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (TE) ที่แตกต่างกัน องค์ประกอบสิ้นสุดบนพื้นผิวสัมผัสที่ใช้เกลียวลิ่มจะประกอบเข้ากับท่อที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตรวมทั้งแมนเดรลและที่ยึด อุปกรณ์ที่ประกอบจะถูกให้ความร้อนในสภาพแวดล้อมการป้องกันจนถึงอุณหภูมิ 0.7-0.9 จากจุดหลอมเหลวของโลหะที่หลอมละลายได้มากที่สุด ด้ามยึดมี CTE สูงกว่าด้ามจับ ในระหว่างกระบวนการให้ความร้อน ระยะห่างระหว่างพื้นผิวการทำงานของแมนเดรลและตัวจับยึดจะลดลง และส่วนที่ยื่นออกมา (“เวดจ์”) ของเกลียวบนส่วนปลายจะถูกกดลงในชั้นหุ้มของท่อ ความแข็งแรงของการเชื่อมต่อโซลิดเฟสไม่ต่ำกว่าความแข็งแรงของเมทริกซ์หรือโลหะหุ้ม

38.5.7. การเชื่อมด้วยการระเบิด

การเชื่อมด้วยระเบิดใช้ในการเชื่อมแผ่น โปรไฟล์ และท่อที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตโลหะที่เสริมด้วยเส้นใยโลหะหรือชั้นที่มีคุณสมบัติพลาสติกสูงเพียงพอเพื่อหลีกเลี่ยงการบดอัดของขั้นตอนการเสริมแรง เช่นเดียวกับการเชื่อมวัสดุคอมโพสิตด้วยเหล็กค้ำยันที่ทำจากโลหะและโลหะผสมต่างๆ . ความแข็งแรงของข้อต่อมักจะเท่ากับหรือสูงกว่า (เนื่องจากการแข็งตัวของความเครียด) มากกว่าความแข็งแรงของวัสดุเมทริกซ์ที่มีความแข็งแรงน้อยที่สุดที่ใช้ในชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อ เพื่อเพิ่มความแข็งแรงของข้อต่อจึงใช้ปะเก็นกลางที่ทำจากวัสดุอื่น

มักจะไม่มีรูขุมขนหรือรอยแตกในข้อต่อ พื้นที่หลอมละลายในเขตเปลี่ยนผ่าน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการระเบิดของโลหะที่ไม่เหมือนกัน เป็นของผสมของเฟสประเภทยูเทคติก

38.6. การบัดกรีวัสดุคอมโพสิต

กระบวนการบัดกรีมีแนวโน้มที่ดีอย่างมากในการต่อวัสดุคอมโพสิต เนื่องจากสามารถดำเนินการได้ที่อุณหภูมิที่ไม่ส่งผลกระทบต่อสารตัวเติมเสริมแรง และไม่ก่อให้เกิดการพัฒนาปฏิสัมพันธ์ระหว่างผิว

การบัดกรีดำเนินการโดยใช้เทคนิคทั่วไป เช่น การแช่ในการบัดกรีหรือในเตาอบ คำถามเกี่ยวกับคุณภาพของการเตรียมพื้นผิวสำหรับการบัดกรีมีความสำคัญมาก ข้อต่อที่ทำด้วยบัดกรีประสานโดยใช้ฟลักซ์จะไวต่อการกัดกร่อน ดังนั้นฟลักซ์จะต้องถูกกำจัดออกจากบริเวณข้อต่อทั้งหมด

การบัดกรีด้วยบัดกรีแข็งและอ่อน

มีตัวเลือกมากมายสำหรับการบัดกรีอะลูมิเนียมโบรอนที่ได้รับการพัฒนา มีการทดสอบการบัดกรีสำหรับการบัดกรีที่อุณหภูมิต่ำ แนะนำให้ใช้บัดกรีที่มีองค์ประกอบ 55% Cd -45% Ag, 95% Cd -5% Ag, 82.5% Cd-17.5% Zn สำหรับชิ้นส่วนที่ทำงานที่อุณหภูมิไม่สูงกว่า 90 °C; องค์ประกอบบัดกรี 95% Zn - 5% Al - สำหรับอุณหภูมิใช้งานสูงถึง 315 °C เพื่อปรับปรุงการเปียกและการแพร่กระจายของโลหะบัดกรี จึงมีการใช้ชั้นนิกเกิลหนา 50 ไมครอนลงบนพื้นผิวที่จะเชื่อม การบัดกรีที่อุณหภูมิสูงดำเนินการโดยใช้การบัดกรียูเทคติกของระบบอลูมิเนียม - ซิลิคอนที่อุณหภูมิประมาณ 575-615 ° C ควรรักษาเวลาในการบัดกรีให้น้อยที่สุดเนื่องจากมีความเสี่ยงที่ความแข็งแรงของเส้นใยโบรอนจะเสื่อมลง

ปัญหาหลักในการบัดกรีองค์ประกอบคาร์บอน - อลูมิเนียมทั้งซึ่งกันและกันและกับโลหะผสมอลูมิเนียมนั้นสัมพันธ์กับความสามารถในการเปียกขององค์ประกอบคาร์บอน - อลูมิเนียมที่มีการบัดกรีได้ไม่ดี สารบัดกรีที่ดีที่สุดคือโลหะผสม 718 (A1-12% Si) หรือชั้นฟอยล์สลับจากโลหะผสม 6061 การบัดกรีจะดำเนินการในเตาอบในบรรยากาศอาร์กอนที่อุณหภูมิ 590 ° C เป็นเวลา 5-10 นาที ในการเชื่อมต่อโบรา-อลูมิเนียมและคาร์บอน-อลูมิเนียมกับไทเทเนียม คุณสามารถใช้การบัดกรีของระบบอลูมิเนียม-ซิลิคอน-แมกนีเซียมได้ เพื่อเพิ่มความแข็งแรงของการเชื่อมต่อขอแนะนำให้ทาชั้นนิกเกิลกับพื้นผิวไทเทเนียม

การบัดกรีแบบกระจายยูเทคติก วิธีการประกอบด้วยการทาโลหะชั้นที่สองบางๆ ลงบนพื้นผิวของชิ้นส่วนที่กำลังเชื่อม ทำให้เกิดเป็นยูเทคติกด้วยโลหะเมทริกซ์ สำหรับเมทริกซ์ที่ทำจากโลหะผสมอะลูมิเนียม จะใช้ชั้นของ Ag, Cu, Mg, Ge, Zn ซึ่งมีอุณหภูมิยูเทคติกซึ่งมีอะลูมิเนียมอยู่ที่ 566, 547, 438, 424 และ 382 °C ตามลำดับ จากผลของกระบวนการแพร่กระจาย ความเข้มข้นขององค์ประกอบที่สองในโซนสัมผัสจะค่อยๆ ลดลง และอุณหภูมิหลอมเหลวของสารประกอบจะเพิ่มขึ้น โดยเข้าใกล้อุณหภูมิหลอมเหลวของเมทริกซ์ ดังนั้นข้อต่อประสานจึงสามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิพังก์ก้าได้

เมื่อทำการบัดกรีแบบแพร่กระจายของอลูมิเนียมโบรอน พื้นผิวของชิ้นส่วนที่จะเชื่อมจะถูกเคลือบด้วยเงินและทองแดง จากนั้นถูกบีบอัดและคงสภาพไว้ภายใต้แรงดันสูงถึง 7 MPa ที่อุณหภูมิ 510-565 °C ในการรีทอร์ตเหล็กในสุญญากาศหรือเฉื่อย บรรยากาศ.

วัสดุเฉพาะเรื่อง: