Твердофазные методы получения МКМ

Заключаются в механическом объединении (смешении) матрицы в виде порошка или фольги с волокнистым, как правило, наполнителем.
Применение твердофазных методов:

  1. Многослойные ленты;
  2. Листы;
  3. Стержни;
  4. Панели;
  5. Лопатки турбин.

Твердофазные методы получения МКМ делят на 3 класса:

  1. Импульсные;
  2. Статические;
  3. Динамические.

Импульсные твердофазные методы включают в себя три группы процессов:

  1. сварка взрывом,
  2. магнито-импульсное компактирование,
  3. электрогидроимпульсное компактирование.

В качестве источников энергии в ИТМ используется энергия взрыва, электрический заряд в жидкой среде (вода) и импульсное магнитное поле.
При применении ИТМ отпадает необходимость в прессовом оборудовании. В качестве технологической оснастки используется лишь один жесткий формирующий элемент – пуансон или матрица. Роль отвесной части оснастки играет передающая среда, через которую проходит энергия в виде заданной волны от энергоносителя.

Сваркой взрывом обычно получают изделия плоской формы или в форме кольца. Метод заключается в компактировании пакета из волокон и фольги (как правило) энергией ударной волны или метаемой пластины при взрыве бризантных взрывчатых веществ (тротил, аммонит, пластифиц. вещества). При этом достигается скорость детонации до 7000 м/с, а давление у поверхности заряда доходит до 25-30ГПа.

При компактировании МКМ электрогидроимпульсным способом через жидкую среду пропускают мощный кратковременный электрический заряд, который создает ударную волну через метаемую пластину либо через инертную диафрагму. При необходимости автоматически может быть произведено несколько следующих друг за другом электрических зарядов.

Этот способ позволяет, путем применения так называемых «взрывных элементов», изменять форму ударной волны. Электросхема установок для электромагнитного компактирования аналогична схеме для электрогидроимпульсного компактирования (разрядный контур с конденсаторной батареей и
рабочим искровым зазором). Однако, рабочий искровой зазор вместо жидкости «заполнен»соленоидом, который и создает необходимое импульсное электромагнитное поле. Для компактирования материалов с низкой электропроводностью применяют алюминиевые или медные прокладки -«спутники»или метательный диск. К моменту контакта с жестким основанием элементы компактируемого пакета достигают скорости 200-300м/с при давлении
400-500МПа и выше.

Статические твердофазные методы — диффузионная сварка, гидростатическое компактирование, спекание под давлением и т. д. — применяются для создания конструкционных КМ (в основном) с хрупкими волокнами.

Одним из основных видов полуфабрикатов и изделий, получаемых этими методами, являются трубы и другие полые профили.

Сущность диффузионной сварки заключается в том, что при внедрении пресс-шайбы во вкладыши (технологический заполнитель полости заготовки) на стенки пакета (заготовки) действует давление, с помощью которого и происходит сварка пакета. Другой вариант этого метода включает прессование набором пуансонов разного диаметра (бороаллюминиевые трубы).

Наиболее же универсальный процесс -прессование плоских пакетов -заготовок. Еще одним вариантом диффузионной сварки является сварка давлением при горячем прессовании.

Гидростатическое компактирование осуществляется по следующей схеме: изделие выдавливается через канал в матрице вместе с оправкой под действием высокого давления жидкости. При этом заготовка д/б предварительно герметизирована.

Методы спекания под давлением применяются в порошковой металлургии-так называемое ГТД — горячее термодинамическое деформирование. В отличие от холодного деформирования (прессования) и дальнейшего спекания, с помощью этого метода получают более компактную матрицу (меньше пористость), лучшую кристаллическую структуру и лучшую диффузию к волокну.

Динамические твердофазные методы. К ним относятся: прокатка, волочение, динамическое горячее прессование, роликовая формовка, вальцовочная формовка.

Получают плоски полуфабрикат и профильные элементы. В отличие от статических методов, эти применяются с целью увеличить производительность и в случаях применения «жестких» матриц.

Автор:

доцент кафедры Механика композиционных материалов и конструкций, кан. техн. наук

А.В. Бабушкин

Название: Конструкционные и функциональные волокнистые композиционные материалы

Город: Пермь

Год: 2007