Порошковые и композиционные материалы

Порошковые и композиционные материалы 

                         инистерство образования РФ

             Тюменский Государственный Нефтегазовый  Университет

 

 

 

                         Кафедра «Материаловедения»

 

 

 

                                   РЕФЕРАТ

 

                      По дисциплине: «Материаловедение»

 

                                  На тему:

 

                    Порошковые и композиционные  материалы

 

 

 

                                                                   Выполнил:

                                                  студент группы ___________

                                                                       Relax

 

 

                                                                   Проверил:

 

 

 

                                 Тюмень 2001

 

 

 

                                 Содержание

 

 

|I. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ                                     |3     |

|Композиционные  материалы                                        |3     |

|Карбоволокниты                                                  |3     |

|Бороволокниты                                                   |4     |

|Органоволокниты                                                 |4     |

|Металлы,  армированные волокнами                                 |4     |

|II. ПОРОШКОВЫЕ СПЛАВЫ                                           |4     |

|III. ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ПОРОШКОВЫХ  СПЛАВОВ                     |5     |

|Производство  порошков                                           |5     |

|Испытание  порошков                                              |6     |

|Прессование                                                     |6     |

|Спекание                                                        |7     |

|IV. ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ                                              |8     |

|Микроструктура                                                  |8     |

|Область  применения                                              |10    |

|Схема  производства                                              |11    |

|VI. ПРОЧИЕ ПОРОШКОВЫЕ СПЛАВЫ                                    |12    |

|Антифрикционные  сплавы                                          |12    |

|Фрикционные  материалы                                         | |13    |

|                                                              | |      |

|                                                              | |14    |

|Пористые фильтры                                              | |      |

|Керметы                                                         |15  | |

|                                                                |    | |

|СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ                                |    | |

|                                                                |17  | |

 

 

                         I. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

 

 

 

      Композиционные материалы — это искусственные материалы, получаемые

сочетанием  компонентов с различными свойствами. Одним из компонентов

является  матрица (основа), другим - упрочнители (волокна, частицы). В

качестве  матриц используют полимерные, металлические, керамические и

углеродные  материалы. Упрочнителями служат волокна - стеклянные, борные,

углеродные, органические, нитевидные кристаллы (карбидов, берилов, нитридов

и др.) и металлические проволоки, обладающие высокой прочностью и

жесткостью. При составлении композиции эффективно используются

индивидуальные  свойства составляющих композиций. Свойства композиционных

материалов  зависят от состава компонентов, количественного соотношения и

прочности связи между ними. Комбинируя объемное содержание компонентов,

можно, в зависимости от назначения, получать материалы с требуемым  и

значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости или получать

композиции с необходимыми специальными свойствами, например магнитными и  т.

п.

      Содержание упрочнителя  в композиционных материалах составляет 20-80 %

по объему. Свойства матрицы определяют прочность композиционного материала

при сжатии и сдвиге. Свойства упрочнителя  определяют прочность.

      Композиционные материалы  имеют высокую прочность, жесткость,

жаропрочность и термическую стабильность. Так, для карбоволокнитов d=650-

1700 МПа, а для бороволокнитов d=900-1750 МПа. Плотность композиционных

материалов 1,35- 1,8 г/см^3 Композиционные материалы являются весьма

перспективными конструкционными материалами для многих отраслей

машиностроения.

 

      Карбоволокниты (углепласты) - это композиции из полимерной  матрицы и

упрочнителей в виде углеродных волокон. Для полимерной матрицы  используются

полиимиды, эпоксидные и фенол формальдегидные  смолы. Карбоволокниты КМУ-2 и

КМУ-2л на основе полиимидов можно применять при температуре до 300°С Они

водо- и химостойки. Карбоволокниты содержат, наряду с угольными, стеклянные

волокна, что удешевляет материал. Карбоволокниты используют в химической,

судостроительной и авиационной  промышленности.

      При обработке  обычных полимерных карбоволокнитов  в инертной или

восстановительной атмосфере получают графитированные карбоволокниты или

Карбоволокниты на углеродной матрице. Так, карбоволокнит на углеродной

матрице типа КУП-ВМ по прочности и ударной вязкости в 5—10 раз превосходит

специальные графиты: При нагреве  в инертной атмосфере он сохраняет

прочность до 2200*C. Карбоволокниты с  углеродной матрицей широко применяют

при изготовлении химической аппаратуры.

 

      Бороволокниты —  это композиции из полимерного связующего и упрочнителя

- борных волокон. Для получения  бороволокнитов применяют модифицированные

эпоксидные и полиимидные связующие. Бороволокниты имеют высокую  прочность

при сжатии, сдвиге, высокую твердость, тепло- и электропроводность.

Бороволокниты водо- и химостойки. Изделия из бороволокнитов применяют  в

космической и авиационной технике (лопатки и роторы компрессоров, лопасти

винтов вертолетов и т. д.).

 

  Органоволокниты - это композиции  из полимерного связующего и  упрочнителей

из синтетических волокон. Упрочнителями  служат эластичные волокна, лавсан,

капрон, нитрон и др. Связующими служат полиимиды, эпоксидные и

фенолформальдегидные смолы. Органоволокниты  имеют малую плотность,

сравнительно высокую ударную  вязкость. Органоволокниты применяют в

авиационной технике, электропромышленности, химическом машиностроении и др.

 

  Металлы, армированные волокнами  - композиционные материалы с  металлической

матрицей и упрочнителями в  виде волокон. Упрочнителями служат волокна бора,

углеродные волокна, нитевидные кристаллы тугоплавких соединений,

вольфрамовая или стальная проволока. Матричный материал выбирают из учета

назначения композиционного материала (коррозионная стойкость, сопротивление

окислению и др.). В качестве матриц используют легкие и пластичные металлы,

алюминий, магний и их сплавы. Количество упрочнителя составляет по объему

30-50%. Металлы, армированные волокнами,  применяются в авиационной и

ракетной технике.

  Использование композиционных  материалов требует в ряде  случаев создания

новых методов изготовления деталей  и изменения принципов конструирования

деталей и узлов машин.

 

 

 

                            II. ПОРОШКОВЫЕ СПЛАВЫ

 

 

      Сплавы, изготовляемые  из металлических порошков путем  прессования и

спекания без расплавления или с частичным расплавлением наиболее

легкоплавкой составляющей их, называются порошковыми.

 

      Несмотря на то, что объем производства порошковых  сплавов невелик и

составляет всего 0,1% от общего объема производства металлов, они имеют

очень большое значение в народном хозяйстве и область их применения

чрезвычайно широка. При этом изготовление многих сплавов практически

возможно только из порошка, например, изготовление твердых

металлокерамических сплавов, керметов, сплавов из тугоплавких металлов —

вольфрам, молибден, тантал, ниобий — или композиций этих металлов с

легкоплавкими металлами, или из металлов с неметаллическими материалами.

Многие детали из порошковых сплавов  отличаются лучшими качествами и

дешевле, чем из обычных металлов.

  Области применения и составы порошковых сплавов приведены в табл. 1.

  Особенно велико значение  порошковой металлургии в новых  отраслях техники:

атомной и химической промышленности, ракетной технике, реактивных

двигателях, радио- и электротехнике, энергетической промышленности и в

производстве особо жаропрочных  сплавов.

 

 

 

   III. ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА  ПОРОШКОВЫХ СПЛАВОВ

 

 

 

      Процесс производства  порошковых сплавов заключается  в получении

порошка, составлении шихты, прессовании  и спекании.

 

      Производство порошков. Важнейшими методами производства порошков

являются:

     1) восстановление металлов  из окислов;

     2) механическое измельчение;

     3)  электролитическое  осаждение;

     4)  распыление жидкого  металла;

     5)  нагрев и разложение  карбонилов.

      Наибольшим распространением пользуются первые два метода.

Восстановление металлов из окислов  широко применяется в производстве

порошков тугоплавких редких металлов, вольфрама и молибдена, а также

кобальта, никеля и железа. Руды редких металлов подвергаются сложной

переработке и размолу для получения  порошков окислов, которые

восстанавливаются затем путем  нагрева в газовой среде водородом,

генераторным газом или твердыми восстановителями—сажей, коксом, графитом.

Иногда применяется комбинированное  восстановлена путем нагрева вместе с

твердым и газовым восстановителем. Восстановление из окислов позволяет

получить очень мелкие и чистые порошки.

 

 

             Таблица 1.  Применение и состав  порошковых сплавов

 

|Тип порошковых    |Назначение            |Исходные материалы    |

|сплавов           |                      |                      |

|Антифрикционные   |Для подшипников       |Порошки железа и      |

|                  |скольжения            |графита Порошки меди, |

|                  |                      |олова и графита       |

|Фрикционные       |Для  тормозных дисков  |Порошки меди, олова,  |

|                  |                      |свинца, графита,      |

|                  |                      |асбеста и пр. Порошки |

|                  |                      |железа, свинца,       |

|                  |                      |графита и асбеста     |

|Пористые          |Для фильтров          |Бронзовая дробь       |

|Плотные           |Для деталей машин из  |Порошки  железа и      |

|                 |стали и жаропрочных и |различных металлов    |

|                  |окалино-стойких       |                      |

|                  |сплавов               |                      |

|Тугоплавкие       |ДЛЯ  проволоки ДЛЯ ламп|Порошки вольфрама,    |

|                  |                      |молибдена и других    |

|                  |контактов и деталей   |туго-плавких  металлов |

|                  |приборов              |                      |

|Электротехнические|Для контактов  н       |Порошки меди,         |

|                  |постоянных магнитов   |вольфрама  и др.       |

|                  |                      |Порошки железа,       |

|                  |                      |алюминия, никеля и    |

|                  |                      |кобальта.             |

|Твердые сплавы    |Для режущего          |Порошки карбида       |

|                  |инструмента. Волок,   |вольфрама,  карбида    |

|                  |буры                  |титана, кобальта      |

 

 

      При механическом  измельчении — размоле на шаровых, молотковых и

особенно на вихревых мельницах  — наиболее выгодным является использование

металлической стружки. Шаровые мельницы применяются для размола хрупких

металлов — чугуна, закаленной стали, бронзы, окислов и др. Молотковые

мельницы применяются для получения порошков алюминия и бронзы.

      С 1930 г. начали  широко применять вихревые мельницы, в которых

измельчение производится ударами  частиц металла друг о друга под  действием

воздушных вихрей. Вихревое дробление  применяется для производства железных