инистерство образования РФ
Тюменский Государственный Нефтегазовый Университет
РЕФЕРАТ
По дисциплине: «Материаловедение»
На тему:
Порошковые и композиционные материалы
Выполнил:
студент группы ___________
Relax
Проверил:
Тюмень 2001
| 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 | 1314 | ||
| Пористые фильтры | |||
КерметыСПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ | 15 | ||
| 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 используютсяиндивидуальные 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 используютсяполиимиды, 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.
Тип порошковых сплавов | Назначение | Исходные материалы |
| Антифрикционные | Для подшипников скольжения | Порошки железа и 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 стали и жаропрочных и окалино-стойких сплавов | Порошки железа и различных металлов |
| Тугоплавкие | ДЛЯ проволоки ДЛЯ лампконтактов и деталей приборов | Порошки вольфрама, молибдена и других туго-плавких металлов |
| Электротехнические | Для контактов н постоянных магнитов | Порошки меди, вольфрама и др. Порошки железа, алюминия, никеля и кобальта. |
| Твердые сплавы | Для режущего инструмента. Волок, буры | Порошки карбида вольфрама, карбида 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 порошков для пористых подшипников, стальных деталей и др. Некоторые металлы, например алюминий и магний, во избежание воспламенения измельчают в защитной атмосфере. Порошки, полученные путем механического измельчения, тверды, плохо прессуются и требуют отжига для снятия наклона.