Конструкционные материалы

 

Спеченные стали (железо–графит–легирующие элементы): Ж20Д5Н3Х–60 (0,20% С, 5% Cu, 3% Ni, 1% Cr, ост. Fe); 60 – означает плотность, умноженную на 10, в г/см³; в данном случае 6 г/см³), Ж10–63, ЖД20–78Пр (пропитка).

Цветные металлы (пористый титан, пропитанный магнием; спеченные алюминиевые сплавы СПАК–4, СПАК–6, САП, САС; ТД – никель, ТД – нихром, где ТД – тория диоксид).

Тугоплавкие металлы (вольфрам, молибден, ниобий, тантал).

Волокнистые композиты. Основными методами их получения является спекание спрессованной смеси волокон с порошком матрицы, а также пропитка расплавом спрессованных волокон. Для армирования используются как природные, так и искусственные волокна, тонкая проволока, а также усы, получаемые из графита, бора, оксидов алюминия, вольфрама, стали и других материалов. Установлено, что прочность композитов повышается в 3–5 раз при армировании железа, титана и магния соответственно оксидами алюминия, молибденовой проволокой и волокнами бора.

Керметы (керамикометаллические материалы) содержат более 50% (по объему) керамической фазы (бориды, карбиды, оксиды, нитриды) и металлическую фазу (стали, никель, кобальт, тугоплавкие металлы).

 

Электротехнические материалы.

 

Порошковые материалы для разрывных контактов, используемых в высоковольтных аппаратах (пропиткой спеченного пористого тугоплавкого каркаса из вольфрама более легкоплавким металлом медью или серебром) или слаботочной аппаратуре контакты изготовляют из материалов на основе серебра с добавками никеля, оксида кадмия и др., а также из меднографитовых материалов.

Широко используемыми магнитномягкими материалами являются чистое железо (карбонильное или электролитическое) и его сплавы с никелем и кобальтом (пермаллои, перминвар и др.). Пористость спеченных материалов должна быть минимальной, поскольку она резко ухудшает их магнитные свойства. Разновидность магнитномягких материалов – магнитодиэлектрики состоят из разделенных тонким слоем диэлектрика (жидкого стекла или синтетической смолы) микрочастиц магнитомягкого материала, изготавливаемого на основе альсифера, карбонильного железа или пермаллоя.

Магнитнотвердые материалы, используемые для небольших магнитов, получают из порошковых смесей состава, близкого к таковому для литых сплавов: альни (Fe-Al-Ni), альнико (Fe-Al-Ni-3 – 15% Co) и магнико (Fe-Al-Ni – 20-40% Сo). Применение порошковых сплавов вместо аналогичных литейных позволило повысить выход годного материала до 85-90% и более. Вслед за спеканием проводится термическая обработка сплавов с наложением магнитного поля. Спеченные магниты получают также из сплавов Cu-Ni-Co (кунико), Сu-Ni-Fe (кунифе) и др. При изготовлении магнитов из тонкодисперсных порошков (размер частиц до 0,5 мкм) их масса уменьшается в два раза по сравнению с таковой у литых магнитов, что весьма важно при их использовании в динамиках, приборах и др.

Высокие значения магнитных свойств обеспечивают материалы на основе соединений редкоземельных металлов с кобальтом типа RCo₅, где R – самарий, празеодим, церий. Коэрцитивная сила этих магнитов до 30 раз превышает таковую у сплавов типа альни.

 

 

Напыление материалов. Сущность, методы и оборудование.

 

Вакуумное напыление.

 

Интенсивное развитие метода испарения и конденсации в вакууме за последние годы обусловлено универсальностью технологии, высокой производительностью процесса нанесения покрытий, малой энергоёмкостью и рядом других преимуществ по сравнению с традиционными методами получения покрытий различного функционального назначения (гальваническим осаждением, плакированием, плазменным напылением, катодным распылением). Одно из основных преимуществ метода испарения и конденсации в вакууме – экологически чистая технология.

Постоянно возрастающие потребности народного хозяйства и разнообразие номенклатуры металлизируемой продукции обусловили появление широкого класса специальных вакуумных установок, предназначенных для решения конкретных производственных задач – металлизации рулонных и полосовых материалов, нанесение защитных, износостойких, декоративных покрытий на металлические и неметаллические материалы, изготовление различных плёночных элементов электронной техники.

Процесс получения плёнок и покрытий методом испарения и конденсации в вакууме состоит из двух этапов: испарения вещества в вакууме и последующей конденсации паров на подложке. Испарение различных материалов в вакууме, в том числе и металлов, происходит при нагревании до температуры плавления и испарения (сублимации) либо при распылении (методы катодного и магнетронного распыления). Металлы можно нагревать резистивным методом (испарители прямонакального и косвенного нагрева), электронным лучом, электрической дугой, токами высокой частоты. Большая часть металлов при нагреве переходит в паровую фазу через жидкое состояние, т.е. сначала они плавятся, а затем испаряются. Некоторые металлы (Cd, Zn, Mn и в отдельных случаях чистый Cr) переходят из твёрдого состояния, в паровую фазу минуя жидкую (сублимируют).

Качество формируемых покрытий, технологические возможности оборудования для напыления, техника проведения процесса нанесения покрытий и ряд других практических вопросов во многом определяются выбором материала испарителя (тигля) с учётом физико-химических свойств испаряемого вещества, а также возможных взаимодействий испаряемого вещества с испарителем. В литературе есть сведения, позволяющие подобрать не только материал испарителя, но и наиболее оптимальную его конструкцию с учетом специфики получения покрытий конкретного функционального назначения.

Технологические параметры процесса нанесения покрытий определяются в основном способностью испарителя поддерживать испаряемое вещество при определенной температуре длительное время. Для получения приблизительных оценок рабочих температур испарителей нужно учитывать, что нормальный (технологически) режим металлизации реализуется при давлении паров испаряемого вещества порядка 1,33 Па. Для большей части материалов, применяемых в практике вакуумной металлизации для получения покрытий, рабочие температуры составляют 1300…2500 К.

Основные требования к материалу испарителя: незначительное (минимально возможное) давление насыщенного пара при рабочей температуре; инертность по отношению к испаряемому материалу; обеспечение возможности изготовления различных конструкций.

Соблюдение первого требования обеспечивает получение качественных пленок, не загрязненных атомами материала испарителя, соблюдения второго требования – длительную работу испарительного элемента, так как образование справа испаряемого вещества с материалом испарителя приводит к быстрому разрушению испарителя. Кроме того, в результате химической реакции возможно образование соединений с низкой температурой испарения, что также приводит к загрязнению формируемого конденсата. Третье (дополнительное) требование подбора материала испарителя обусловлено, прежде всего, технологическими соображениями – конструкцией токовых вводов и зажимов вакуумной установки.