Карбид-кремниевые волокна

Интерес к карбид-кремниевым волокнам появился в связи с необходимостью получения высокопрочных высокомодульных волокон, которые могли бы быть использованы для армирования композитов с металлическими и органически­ми матрицами. Одним из вариантов решения проблемы стали борные волок­на, другим — близкие к ним по своим механическим характеристикам карбид-кремниевые (SiC) волокна. Эти волокна были получены в конце 60-х годов 20 века. Предел прочности таких волокон составлял 2800... 3500 МПа. Исследо­вались возможности повышения механических характеристик таких волокон за счет модифицирования их бором или смесью титана и бора.

Карбид-кремниевые волокна обладают высокими упругими свойствами: мо­дуль упругости при растяжении составляет ^ 450 ГПа (для сравнения: борные волокна ^ 400 ГПа, сталь ^ 200 ГПа, алюминий ^ 70 ГПа). Плотность карбид-кремниевых волокон составляет примерно 3100 кг/м³, плотность борных во­локон — 2300... 2500 кг/м³ в зависимости от основы (волокна на углеродной основе имеют обычно меньшую плотность).

Гладкая шероховатость поверхности волокон обычно является признаком на­рушения параметров процесса осаждения и сопровождается снижением проч­ностных качеств. Волокна с углеродными нитями в качестве основы способны в течение длительного времени выдерживать воздействие высоких температур без проявления какой-либо химической активности. Это обстоятельство служит основанием для широкого использования таких волокон в сочетании с металли­ческими матрицами, когда волокно длительное время контактирует с жидким металлом в процессе пропитки. При использовании волокон на вольфрамовой основе при высокотемпературном воздействии имеет место диффузия атомов углерода в вольфрам с образованием граничного слоя карбида вольфрама, ко­торый приводит к потере прочности волокна.

Вывод

Мы уже изучили большинство видов и классификаций главных составляющих, а именно, армирующие волокна и связующие их элементы, такие как полимеры, смолы и металлические матрицы. Теперь можем выделить некоторые их преимущества и недостатки.

Преимущества композиционных материалов:

· высокая удельная прочность

· высокая жёсткость (модуль упругости 130...140 ГПа)

· высокая износостойкость

· высокая усталостная прочность

· из композиционных материалов возможно изготовить «размеростабильные» конструкции, причём, разные классы композитов могут обладать одним или несколькими преимуществами.

Замечание: Некоторых преимуществ невозможно добиться одновременно.

Недостатки композиционных материалов:

Большинство классов композитов (но не все) обладают недостатками:

· высокая стоимость

· анизотропия свойств

· повышенная «наукоёмкость» производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны.