EFFECT OF THE SPECIFICATIONS FOR KERAMOMETALLIC COMPOSITES

Лымарь Е.А.

Кандидат технических наук, ОАО «Российские космические системы», Москва

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА НА ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КЕРАМОМЕТАЛЛИЧЕКИХ КОМПОЗИТОВ

Аннотация

В статье рассмотрено влияние  металлического компонента   на структуру  и технические характеристики керамометаллического композита. Выявлено, что структура полученного материала устойчива в широком диапазоне температур.

Ключевые слова: композиты,  материал, алюминий, свойства, устойчивость.

Lymar E.N.

PhD in engineering sciences, OJSC "Russian space systems", Moscow

EFFECT OF THE SPECIFICATIONS FOR  KERAMOMETALLIC COMPOSITES

Abstract

In this paper, the influence of the metal component on the structure and characteristics of the  keramometallic composite. Revealed that the structure of the obtained material is stable over a wide temperature range.

Keywords: composites, material, aluminum, properties, resistance

Повышение технологических  характеристик строительных композитов напрямую связано с получением материалов, которые сочетали бы свойства входящих в него компонентов. Одним из направлений в получении таких материалов является создание композитов на основе металлической и неметаллической составляющих. Следует отметить,  что в промышленности затруднено использование строительных материалов, в состав которых  входят металлические наполнители, следствие трудоемких технологий и высоких материальных затрат при производстве. Однако существуют  производственные области, где традиционные строительные материалы из-за недостаточной прочности, ударной вязкости, пластичности, термостойкости и т.п., не в состоянии обеспечить высокий уровень эксплуатационных характеристик [1 – 20].

В данной работе представлены исследования термической устойчивости композитов, полученных на основе глин и металлического алюминия [21 – 24]. Главной особенностью получаемого материала является то, что металлический компонент вводится на стадии приготовления сырьевой смеси. Кроме того, вводимый алюминий участвует в стадиях  структурообразования синтезируемого композита, что и приводит к высоким эксплуатационным показателям последнего. Для лучшей совместимости глинистой составляющей с алюминием  проводилось модифицирование компонентов, применяемых для получения металлокерамического связующего [25, 26].

Разработанный  композит имеет однородную структуру (рис. 1),  обладает высокими механическими и технологическими показателями, которые достигаются благодаря достигнутой совместимости модифицированной глинистой составляющей и алюминиевого компонента.

 Для разработанных материалов были определены воздушная (уравнение 1) и огневая усадки (уравнение 2), его чувствительность к сушке (уравнение 3).

       ∆l_возд = (l₀ – l₁)/l₀,                                                                                  (1)

       ∆l_ог = (l₁ – l₂)/l₀,                                                                                    (2)

где: ∆l_возд – воздушная усадка образца, %;

                       ∆l_ог – огневая усадка образца, %;

                       l₀ – длина свежеотформованного образца, мм;

                       l₁ – длина образца после сушки, мм;

                       l₂ – длина образца после обжига, мм.

                                                                  (3)

 

где: К_ч – коэффициент чувствительности к сушке;

V₀, V – объем образца соответственно после формования и в воздушно-сухом состоянии, см³;

g₀, g – масса образца соответственно свежеотформованного и в воздушно-сухом состоянии, г.

 

Рис. 1 Оптические микрофотографии поверхности композита на основе каолинитовых (а) и монтмориллонитовых (б) глин с содержанием алюминиевого наполнителя 5% (1) 10% (2) и 20% (2)

Получаемый материал  стоек в температурном диапазоне   до 1000 °С, выдерживает 50 циклов нагрева до температуры 700 °С и резкого его охлаждения, 35 циклов нагрева до 900 °С и резкого его охлаждения, 22 цикла нагрева до 1000 °С и резкого его охлаждения без изменения его геометрических параметров (в случае отсутствия внешних нагрузок) и без образования микротрещин на его поверхности.

Рис 2. Оптические микрофотографии начально-образовавшихся микротрещин (а) и образовавшихся в результате увеличения циклов эксперимента с 22 до 25 (б) при температуре 1100 °С

Дальнейшее увеличение количества циклов эксперимента приводит к образованию микротрещин на поверхности металлокерамического композита (рис. 2 а), обусловленных возникновением в материале упругих и остаточных пластических деформаций. Установлено, что характер микротрещин не зависит от количества циклов эксперимента: с увеличением количества циклов, их геометрические размеры и степень распространения по структуре материала увеличиваются (рис 2. б).

По предлагаемой технологической схеме  получения металлокерамического  композита образуются наиболее устойчивые фазы муллита и кварца [27], вследствие чего можно утверждать, что при использовании  металлокерамического композита при высоких температурах (до 1000 °С) изменения  фазовых превращений в его структуре происходить не будут.