Інтерметаліди, керамічні композітіви, інтеллектуаьлние матеріали - - матеріали xxi століття -

Інтерметаліди, керамічні композітіви, "інтеллектуаьлние матеріали" - матеріали XXI століття

Прогрес цивілізації так чи інакше пов'язаний з матеріалами. Створення нових матеріалів, їх вдосконалення та застосування знаходяться в залежності від рівня розвитку суспільства, так як потреби в нових машинах і агрегатах не можуть бути задоволені без створення нових матеріалів. Жароміцні сплави, Металокомпозити, конструкційна кераміка, вуглецеві композиційні матеріали - це лише невеликий перелік матеріалів, створення яких в ХХ ст. стимулювалося розвитком ракетної і аерокосмічної техніки, що працює в екстремальних умовах.

У доповіді представлені матеріали нового покоління, поява яких закономірно з точки зору розвитку історичних періодів створення матеріалів.

Інтерметаліди - новий клас матеріалів (хімічні сполуки металів), які за своєю структурою займають проміжне положення між металами і керамікою. Вони мають складну кристалічну структуру з наявністю в міжатомних зв'язках до 30% ковалентного складової, що і визначає їх унікальні фізико-механічні властивості (висока жароміцність, низька щільність, низька займистість в кисні, висока зносостійкість).

Керамічні композити (керамокомпозіти) - матеріали, поява яких обумовлена ​​недостатністю рівня властивостей високотемпературної кераміки (низька стійкість до термоударам і термоціклічності). Тому розробка композиційних матеріалів з керамічною матрицею, армованої волокнами, дозволить створити принципово нові конструкції.

"Інтелектуальні" матеріали - матеріали, які мають здатність самостійно адаптуватися до зміни зовнішнього середовища, тобто реагуючи на зовнішній вплив, змінювати свої властивості (розміри, щільність, в'язкість, електропровідність і т.д.). Сьогодні "інтелектуальні" матеріали подаються логічним продовженням всього періоду розвитку матеріалознавства.

Досягнення ВАТ "НВО" Композит "" в області розробки интерметаллидов, керамокомпозітов і "інтелектуальних" матеріалів знайдуть широке застосування, в виробах як аерокосмічної промисловості, так і інших галузей народного господарства.

Сучасний розвиток аерокосмічної техніки вимагає створення матеріалів, здатних ефективно працювати в умовах тривалого циклічного впливу високотемпературних агресивних середовищ. Ці матеріали повинні бути жаро- і ерозиційностіцкого, мати високу жароміцних і низькою щільністю, стійкістю до факторів космічного простору. Традиційні методи розробки нових матеріалів сьогодні вже вичерпали свої можливості. Наприклад, підвищення жароміцності металевих матеріалів шляхом збільшення вмісту легуючих елементів, технологій термохімічного зміцнення досягло своїх граничних можливостей. Те ж саме можна сказати про кераміку. Підвищити стійкість до термоударам і термоціклічності, які виникають при експлуатації відповідальних вузлів аерокосмічної техніки, традиційними способами сьогодні не вдається.

Великий резерв підвищення експлуатаційних характеристик конструкцій лежить в використанні інтерметаллідних з'єднань (інтерметалліді) і армованих композитів з керамічною матрицею (керамокомпозіти).

Для розробки жароміцних матеріалів на основі інтерметаллідних з'єднань значний інтерес представляють системи титан-алюміній і нікель-алюміній.

Жароміцні інтерметаллідним сплави на основі титану і нікелю називають матеріалами наступного покоління завдяки сприятливому поєднанню комплексу фізико-механічних властивостей. Вони володіють високими жароміцністю і жаростійкістю, модулем пружності, високою незаймистість в атмосфері повітря, низькою щільністю.

Незважаючи на те що за своєю структурою ці матеріали добре відомі, сплави на основі інтерметаллідних з'єднань (Ti3 Al, TiAl, NiAl) не знаходили практичного застосування через свою крихкості при нормальній температурі. Проблема створення сплаву з цих матеріалів, включаючи вибір композиції і виплавку, менш складна у порівнянні з проблемою технології виробництва з нього напівфабрикату і подальшого його переділу в вузли і деталі конструкції. Тому тільки завдяки прогресу в області технологічних процесів виробництва, що спостерігається в останні роки, стає можливим в найближчому майбутньому практичне використання цих матеріалів в конструкціях. До них відносяться технологія виробництва порошкових матеріалів з використанням високошвидкісної кристалізації, дифузійна та лазерне зварювання, деформація в ізотермічних умовах.

Проведені роботи показали можливість застосування інтерметаллідних сплавів на основі сполук Ti3 Al, TiAl і NiAl у новостворених зразках нової техніки, в тому числі ракетно-космічної, авіаційної, автомобільної та ін.

Керамокомпозіти (V, M)

Головною причиною, що спонукала дослідників-матеріалознавців активно зайнятися вивченням керамокомпозітов і розробкою технологій їх виготовлення, послужила недостатність рівня властивостей вуглець-вуглецевих керамокомпозітов (ВВКМ) (низька стійкість в окислювальних середовищах і недостатня стійкість в ерозійних потоках при високих температурах) - і висотемпературной кераміки (низька стійкість до термоударам і термоціклічності). Тому першими з керамоматрічних композиційних матеріалів, на яких сьогодні відпрацьовуються різні технології виготовлення, є вуглець-керамічні композити, а точніше, вуглець-карбідні, як композити мають найтісніший контакт ВВКМ, технології виготовлення яких сьогодні найбільш вивчені. Дані композиційні матеріали отримують у спадок все гідності як ВВКМ, так і високотемпературної кераміки і позбавляються від властивих їм недоліків.

Сьогодні з ВВКМ виготовляють вкладиші критичного перетину, соплові блоки і наконечники РДТТ, авіаційні гальмівні диски, високотемпературні підшипники і нагрівачі, фільтри для агресивних середовищ, теплообмінні труби і т.д.

Подальше вдосконалення конструкцій високотемпературних вузлів машин, що працюють в екстремальних умовах (при високих температурах в агресивних і ерозійних потоках), де до теперішнього часу застосовували ВВКМ, певною мірою стримується відсутністю нових термоерозіонно- і окіслітельностойкіх композиційних матеріалів. Підвищення рівня властивостей може бути досягнуто шляхом підвищення температури плавлення, теплопровідності, твердості, хімічної інертності. Тут досить перспективними композитами вважаються матеріали на основі тугоплавких карбідів перехідних металів і кремнію.

Цікаву область застосування знайшов розроблений нами композит С-ZrO2. Сьогодні в ВАТ "НВО" Композит "" з даного матеріалу виготовляються мікрофільтраційні мембрани. Дані мембрани, маючи комбіновану (вуглець-діоксид цирконію) матрицю і селективний шар з діоксиду цирконію використовуються в харчовій промисловості. Для створення оксидної матриці розроблено технологію на базі золь-гелевого методу.

Керамокомпозіти, як і інтерметалліді, - ключові матеріали для майбутніх високих технологій виготовлення принципово нових конструкцій в аерокосмічній, паливно-енергетичної та інших галузях промисловості, які працюють в умовах, коли непрацездатні вироби з металів, кераміки і вуглець-вуглецевого композиту.

БудущееУкаіни, СНД і євразійської цілівізаціі
Матеріали ХУ Міждисциплінарної дискусії
А.Н.Тімофеев