Дәріс тақырыбы. Кремний карбиді негізіндегі композициялық материалдар

Дәрістің мақсаты: Білім алушыларға кремний карбиді негізіндегі композициялық материалдар жайлы жалпылама мәлімет беру

Негізгі терминдер: Кремний карбиді, армирлейтін элементтер, исперстіберіктетілген композициялық материалдар, карборунд

1. Құрылыс материалдарын дайындау.

2. Дисперстіберіктетілген композициялық материалдар

3. Кремний карбиді немесекарборунд

Құрылыс материалдарын дайындау әдетті және арнайы бөлімдерінің дамуы ерекше қасиетті қоспалардың өңделуін, олардың құрастырылуының және құймасының жаңа технологиясын дамытуды қажет етеді. Осындай қоспалардың қатарына химиялық әртүрлі компоненттердің олардың арасындағы бөлінудің айқын шегінің көлемді үйлесуімен құрастырылған әр түрлі негізді композициялық материалдар жатады. Олар ешбір компонентке тән емес қасиеттермен мінезделеді. Композиттердің құрастырылуына пайдаланатын материалдардың диапазоны кең тараған. Осыдан әр түрлі композиттердің комбинациясы негізінде құрастырылған композиция қасиеттерінің кең көлемділігі де шығады.Композициялық материалдар – бұл әр түрлі құрамда алынған үйлесімді компоненттердің жасанды материалдары. Компоненттердің бірі – матрица (негізі), қалғандары – нығайтушылар (талшық, бөлшек). Матрица сапасына полимерлік, металдық, керамикалық және көміртегілік материалдар қолданылады. Нығайтушы қызметін талшық, яғни, шынылы, борлы, көміртегілі, органикалық, жіп-жіңішке кристалды (карбидтер, берилдер, нитридтер) және өте жоғары беріктікке ие, қатты металдық сымдар атқарады. Композициялық материалдарды беріктеуде басты рөлді толықтырғыштар атқарады, олар көбінесе беріктеткіштер деп аталады. Олар жоғары беріктікке, қаттылыққа және серпімділік модуліне ие. Беріктеткіш толтырғыштардың типі бойынша композициялық материалдар дисперстіберіктетілген, талшықты және қатпарлы болып бөлінеді.

Дисперстіберіктетілген композициялық материалдарға бір қалыпты үлестірілген баяу балқитын матрицамен әсерлеспейтін жіне онда фазалардың балқу температурасына дейін еріп кетпейтін карбидтер, нитридтер бөлшектерін енгізеді. Толтырғыш бөлшегі және олардың арасындағы байланыс кішкене болған сайын композициялық материал соғұрлым берік болады. Талшықтыларға қарағанда, дисперстіберіктетілген композициялық материалдарда негізгі элемент матрица болады. Толтырғыштың дисперсті бөлшектері материалды жүктелу кезінде дислокация қозғалысына қарсы тұру есебінен берікті қылады, бұл иілгіш деформацияны қиындатады. Дислокация қозғалысына эффективті кедергі матрицаның балқу температурасына дейін болады, осының арқасында дисперстіберіктетілген композициялық материалдар жоғары қызутөзімділік пен жылжығыштық кедергісіне ие болады.Керамикалық композиттер кремний карбиді мен нитридінің және бордың нитридтерінің боросиликатды шынылардың, көміртектің және басқа да материалдардың негізінде жасалады. Керамикалық материалдар жоғары берік, жоғарылатылған температурада тұрақтылығы жоғары, төмен тығыздықты және коррозияға шыдамды екені белгілі, дегенмен, басқа тұрғыдан қарағанда, олар жоғары деңгейдегі сыңғыштыққа және жылулық соққыларға сезгіштіктің жоғары деңгейімен мінезделеді. Композиттерде армирлейтін элементтердің есебінен соққылы тұтқырлығын жоғарылатуға және керамиканың бағалы қасиеттерінің үйлесуіндегі температураның қауырт өзгерісіне шыдамдылығын көтеруге болады.

Кремний карбиді немесекарборунд, түссіз кристалдық зат; құм және кокс қоспасынан электрлік пеште алады:

Карборундте кристалдық тор болады, ондағы кремнийдің әрбір атомы көміртектің төрт атомымен қоршалған, және керісінше. Атомдар арасындағы ковалентті байланыстар өте берік. Сондықтан карборунд қаттылығы бойынша алмазға жақын. Кремний карбидін техникада әртүрлі қайрақ тастарды дайындау үшін пайдаланылады.

Кремний карбиді негізіндегі композициялық материалдар келесідей мінезделеді:− Сызықты кеңейтілімнің өңделмелі температуралық коэфициентімен, тоздықпен абразивті жоғарылатылған кедергімен, беріктіктің едәуір жоғары шегімен және шаршаудың кедергісімен, кез келген температурадағы жоғарғы қатаңдылықпен;

−Титан қорытпалармен салыстырғанда- 150-320°С температураларындағы беріктікпен, қаттылықпен, салыстырмалы едәуір жоғарғы қатаңдылықпен, сонымен қатар төмен бағамен. Осындай КМ әртүрлі құрылыс бұйымдары үшін пайдаланылады, сонымен қатар кремнийлі матрицалы КМ көбінесе авиационды және ғарыш техникасында кең қолданыс тапты. Кремний карбидінен және алюминий қорытпасынан алынған КМ үшін матрица ретінде оптималды температуралдық облыстар мынаны құрайды: 650-750° С екі қорытпа, 480-570 С кірістірме үшін (қысымы 50 МПа, V = 38%, талшықтар диаметрі 13 мкм).Қорытпада орналастырылуы мүмкін талшықтардың саны матрицаның жұмысшы облысында орналастырылатын талшықтықтардың түріне және құю режиміне байланысты болады.

Кремний карбиді және алюминий балқымасы қосылған қорытпалар қысымды кристалдану әдісі көмегімен алынады. Алынған қорытпалар жоғары физико- механикалық қасиетттерге ие. Осындай КМ-дің басқа қарапайым алюминий қорытпаларға қарағанда шаршауға төзімділігі жоғары.

Бақылау сұрақтары:

1. Құрылыс материалдарын креминий оксидін қосып дайындау қалаай жүзеге асырылады?

2. Дисперстіберіктетілген композициялық материалдардегеніміз не?

3. Кремний карбиді немесе карборунд құрылыс материалының қандай қасиеттерін арттырады?