Разработка технологии получения композиционного материала "титан - углеродное волокно"

• Автор: Афанасьев, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Аналитический обзор

1.1. Теория упрочнения волокнистых композиционных материалов ВКМ

1.1.1. Прочность ВКМ с непрерывными волокнами

1.1.2. Прочность ВКМ с дискретными однонаправленными волокнами

1.1.3. Влияние ориентации волокон на прочность ВКМ

1.1.4. Влияния переходного слоя на границе раздела волокно матрица

1.2. Физикохимическое взаимодействие компонентов в композиционных материалах КМ

1.2.1. Термодинамический аншшз взаимодействия компонентов КМ

1.2.2. Кинетический анализ взаимодействия компонентов КМ

1.2.3. Типы химического взаимодействия на поверхности раздела между компонентами КМ
1.2.4. Способы улучшения физико химической совместимости компонентов в
композитах с металлическими матрицами
1.3. Технология получения ВКМ с металлической матрицей
1.3.1. Парогазофазные способы получения ВКМ
1.3.2. Жидкофазные способы получения ВКМ
1.3.3. Твердофазные способы получения ВКМ
1.4. Способы получения ВКМ с металлической матрицей А1, М и И, армированных углеродным волокном
1.4.1. Углеродные волокна
1.4.2. Получение ВКМ А1 углеродное волокно
1.4.3. Получение ВКМ углеродное волокно
1.4.4. Получение ВКМ Т1 углеродное волокно
Выводы из аналитического обзора
2. Используемые материалы, оборудование и методики получения ВКМ Т1углеродное волокно
2.1. Исходные материалы
2.2. Технология приготовления смеси Т1углеродное волокно
2.3. Получение ВКМ Л углеродное волокно методом экструзии
2.4. Получение полуфабриката ВКМ Л углеродное волокно
2.5. Получение ВКМ Л углеродное волокно методом горячего вакуумного прессования
3. Экспериментальнотеоретическое исследование процесса горячего вакуумного прессования полуфабриката ВКМ Л углеродное волокно
4. Изучение процесса межфазного взаимодействия в системе Луглеродное волокно
5. Анализ структуры ВКМ Л углеродное волокно. Механические свойства
5.1. Особенности разрушения волокна при получении ВКМ Л углеродное волокно
5.2. Анализ распределения волокна в матрице и угол их разориентации
5.3. Конгломераты волокон специфические дефекты структуры ВКМ
5.4. Механические испытания образцов ВКМ
6. Выбор эффективного защитного покрытия для углеродных волокон и газофазного способа формирования титановой матрицы при получении ВКМ Л углеродное волокно. Механические свойства
6.1. Газофазный способ формирования титановой матрицы
6.2. Выбор эффективного защитного покрытия для углеродных волокон при получении ВКМ Л углеродное волокно
6.3. Механические испытания образцов ВКМ
Выводы по работе
Список литературы


Предел прочности ВКМ с непрерывными волокнами определяется из условий аддитивного вклада волокон и матрицы в прочность композита. ВКМ. Предел прочности композита при растяжении 2. Наиболее часто волокна деформируются упруго, а матрица пластически. Уравнение 1 для предела прочности в этом случае принимает вид 2 3. Это уравнение справедливо при объемной доле волокна, превышающей некоторое критическое значение. Если же объемная доля волокна мала, то в волокнах даже при умеренной нагрузке возникают высокие напряжения, так как волокна несут основную часть нагрузки. Незначительное увеличение нагрузки вызовет разрушение наиболее слабого волокна и перераспределение приходящейся на него доли нагрузки между другими волокнами. Угат
асагУгатт 1 Уг,
Дальнейшее увеличение нагрузки приведет к разрушению следующего наиболее слабого волокна, и таким образом будет происходить цепная реакция, в результате которой вся нагрузка передается на матрицу. Закону аддитивного действия подчиняется и модуль упругости композита 1. При содержании волокна более некоторой минимальной величины на начальной стадии деформации, когда волокна и матрица деформируются упруго, первичный модуль 1 упругости композита. Ет модули упругости волокна и матрицы соответственно. Композиты с дискретными однонаправленными волокнами характеризуются наличием ориентированных в направлении оси растяжения волокон длиной 1г 1с, где 1с критическая длина волокна, ниже которой матрица не способна передавать полностью нагрузку на волокно. В таких ВКМ активная роль матрицы состоит в том, чтобы путем пластической деформации передать напряжения волокнам и нагрузить их 4. Рассмотрим распределение напряжений в волокне конечной длины 1г , находящемся в матрице 5. Предполагается, что между волокном и матрицей существует идеальная связь и отсутствует передача напряжений через торцы волокна. Если нагрузка приложена к матрице, то в упругой области последняя удлиняется пропорционально напряжению. Находящееся в матрице волокно с более высоким модулем упругости условие Ег Ет является основным для получения композита с высокими механическими свойствами будет ограничивать свободное удлинение матрицы в соседней с волокном зоне. На некотором удалении от волокна матрица свободно и равномерно пластически удлиняется, тогда как в прилегающей к волокну зоне удлинение матрицы будет равняться упругому удлинению последнего. Это приводит к возмущению поля деформации в прилежащей к волокну зоне. По мере удаления от волокна его возмущающее действие ослабевает, пока полностью не сойдет на нет. Доу 6, основываясь на упругопластическом поведении матрицы, показал, что напряжения вдоль волокна распределяются неоднородно они максимальны у концов волокна и постепенно уменьшаются при удалении от них. Характер распределения напряжения в матрице был подтвержден экспериментально на модельном материале 7. Возникающие при этом растягивающие напряжения в волокне возрастают по мерс удаления от его концов и достигают своего максимального значения на определенном расстоянии с2 от конца волокна. Стс Угстт 1 Уг,
где
Из данной формулы видно, что упрочнение матрицы короткими волокнами дает меньший эффект, чем непрерывными. Однако можно применять дискретные волокна такой длины, при которой степень упрочнения матрицы весьма близка к упрочнению, достигаемому непрерывными волокнами. Так, если, 1Г 1с , то а, от , что подтверждено экспериментально 8. Ориентация волокон оказывает существенное влияние на поведение композиционных материалов под нагрузкой. Прочность ВКМ анизотропная. Влияние фактора ориентации волокна на прочность ВКМ рассматривалось рядом исследователей , . Было показано, что изменение прочности армированного материала от угла ориентации р волокон к оси растяжения определяется механизмом разрушения композита. При малых углах ф разрушение наступает вследствие разрушения волокон при средних значениях ф вследствие разрушения матрицы или поверхности раздела волокно матрица при ее сдвиге параллельно волокнам, и, наконец, при высоких разрушение композита связано с разрушением матрицы или поверхности раздела в плоскости деформации 9. Уг Ут,
где а с , Р 0,5.