Композиционные материалы на керамической матрице

Углерод-углеродные композиционные материалы.

Слоистые керамические композиционные материалы.

Эвтектические керамические композиционные материалы.

Армированные керамические композиционные материалы.

Дисперсные керамические композиционные материалы.

Классификация керамических композиционных материалов.

Композиционные материалы на керамической матрице.

Лекция № 3

Тема: «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.