Сапфировое волокно
Cтраница 1
Сапфировые волокна, выращенные модифицированным методом внутренней кристаллизации. [1]
Сапфировые волокна [ 51 выращиваются в виде непрерывных нитей вытягиванием из расплава алюминия и ориентированием кристалла в поле с контролируемым градиентом температуры. Получаемая нить представляет собой обычно кристалл, ориентированный осью с. Длина такой нити ограничивается лишь объемом расплава и размерами приемного барабана. Ориентация волокна к оси с кристалла составляет как правило 4 или меньше. [2]
Борные, графитовые, кварцевые и сапфировые волокна используют для армирования в авиационной промышленности, и, хотя эти волокна представляют большой интерес благодаря своей прочности, теплостойкости и другим показателям, применение их в изделиях для химической промышленности ограничено высокой стоимостью. Акриловые, полиэфирные и другие волокна из термопластов используют, когда необходимо повысить стойкость армированного пластика к истиранию. Кроме того, эти волокна широко применяют для армирования связующего поверхностных защитных слоев. В Англии в качестве армирующего материала для труб используют металлическую проволоку. Представляет интерес применение для армирования смол джута, так как он на 30 % дешевле стеклянного волокна, и масса армированных джутовым волокном пластиков на 25 % меньше массы стеклопластиков. [3]
Промышленное производство монокристаллических сапфировых волокон диаметр-ом 0 2 - 30 мк и длиной 1 - б000 мк было осуществлено фирмой Thermokinetic Fibers Co. [4]
При высоких температурах непокрытые сапфировые волокна взаимодействуют с матрицами на никелевой основе. Было высказано предположение, что указанный уровень прочности достаточен для армирования, усилия по сохранению первоначальной прочности волокна не оправданы. Очевидно, однако, что для достижения той же прочности композиционного материала потребовалось бы ослабленных волокон больше по объемному наполнению ( почти вдвое), чем волокон с защищенной поверхностью. Даже при этом уровне наполнения композиция может быть перегружена хрупкой фазой, что приводит к невысокому сопротивлению удару. Расчеты по правилу смеси показывают, что с 25 % - ным наполнением ослабленными волокнами прочностные свойства при растяжении не позволяют этой композиции конкурировать с обычными суперсплавами. В результате продолжающихся усовершенствований в разработке суперсплавов становится очевидным, что даже при исполъ-йовании высокопрочных волокон с защищенной поверхностью армированным композициям будет трудно конкурировать ( по прочности или даже по удельной прочности при наполнении волокнами менее 40 об. %) с постоянно совершенствующимися сплавами для деталей газотурбинных двигателей. [5]
Чем выше качество поверхности сапфировых волокон, тем более высока их чувствительность к снижающим прочность поверхностным реакциям: очень небольшие дефекты на почти совершенной поверхности пламенно-полированного сапфира приводят к сильному снижению измеряемой прочности. [6]
Значительное достижение представляет возможность защиты поверхности сапфировых волокон от взаимодействия с матрицей с помощью стабильных окисных покрытий. Таким образом, потенциально волокна приобретают способность упрочнять матрицы, если через соответствующую связь к ним удается передать нагрузку. Развитие интенсивных химических связей должно быть предотвращено. [7]
Данных о прочности никелевых сплавов, упрочненных сапфировым волокном, имеется немного вследствие трудностей, связанных с изготовлением композиций, подходящих для использования в качестве образцов для испытания. Большинство результатов получено при испытаниях на растяжение небольших образцов. Теоретические свойства в этих исследованиях обычно рассчитывались по правилу смеси, используемому для большинства композиционных систем. Однако для системы Ш - А13О8 рассчитанная прочность достигалась редко. В настоящей главе представлены имеющиеся в наличии данные по композициям на основе никелевых сплавов, упрочненных сапфировыми нитевидными кристаллами, пламенно-полированными сапфировыми волокнами и рубиновыми стержнями, а также сапфировыми волокнами Тайко. [8]
Результаты этих экспериментов указывают на то, что сапфировые волокна с поврежденной поверхностью могут пластически деформироваться при довольно низких нагрузках, создаваемых сжимающейся матрицей при повышенных температурах. [10]
 |
Прочность при изгибе монокристаллических волокон а - А12О3 после различной поверхностной обработки. [11] |
Прочность волокон Тайко, как и у других видов сапфировых волокон, определяется внутренними и поверхностными дефектами. Особенностью же процесса выращивания этих волокон является образование пор в результате изменения объема при затвердевании жидкой окиси А1аО3 внутри материала. Образование пор может быть устранено путем тщательного подбора условий ( Поллак) [36, 37], но с некоторым снижением скорости роста. [12]
В заключение необходимо отметить, что изготовление композиций на основе никелевых сплавов с сапфировыми волокнами часто бывает рискованным процессом. Несмотря на то, что композиции успешно изготовляются горячим прессованием, в большинстве из них волокна повреждаются слишком легко вследствие неправильного выбора материала матрицы, ориентации волокон или условий прессования. В связи с этим для того, чтобы легко изготовить прочные композиции тем или иным практически пригодным способом без разрушения волокон, необходимо еще предпринять значительно большие усилия. [13]
Из раздела IV следует, что поиски приемлемой композиции на основе никеля, армированного сапфировыми волокнами, не были особенно плодотворными. Хотя авторы не могут согласиться с тем, что эта система бесперспективна, путь к реализации свойств, предсказываемых правилом смеси, изобилует трудностями. Например, в настоящее время уже широко используются в аэрокосмических конструкциях боралюминиевые композиции, а композиции титан - бор и алюминий - углерод исследуются с точки зрения возможности применения в этих же областях. [14]
В температурной области, где необходимо упрочнение, взаимодействие в той или иной степени между сапфировыми волокнами и никелем или никелехромовыми сплавами, по-видимому, неизбежно. Оно снижает прочность волокна вследствие возникновения на поверхности дефектов - концентраторов напряжения; соответственно, снижаются и потенциальные возможности упрочнения. [15]
Страницы: 1 2