книги / Перспективные порошковые материалы

Прочность ВПЯМ определяется наличием наиболее ослабленных тяжей, имеющих большое количество микропор и микротрещин. Если при испытании ВПЯМ с достаточно пластичной матрицей эти дефекты лишь подготавливают разрушение образца и в целом его прочность зависит от среднего напряжения в тяжах, то в случае ВПЯМ с менее пластичной матрицей концентрация напряжений в местах дефектов тяжей является решающей.

Микро- и макроструктурные изменения в образце ВПЯМ–Cu при растяжении находят отражение на кривой изменения электросопротивления (рис. 41, в). На первой и второй стадии деформации электросопротивление образца не изменяется. Третий участок деформации характеризуется возрастанием сопротивления образца на 8–13 %. Это происходит из-за множественного накопления микротрещин, их взаимодействия и слияния с микропорами. На четвертой стадии происходит ступенчатое увеличение электросопротивления, соответствующее последовательному разрыву отдельных или нескольких тяжей.

Сетчато-ячеистая структура предопределяет дискретный характер разрушения из-за неравномерности распределения напряжений по отдельным тяжам. Ячеистые поры играют роль своеобразных стопоров, тормозящих развитие магистральной трещины на своих границах. В ВПЯМ с пластичной матрицей ее движение по ячейкам протекает без динамического взаимодействия отдельных микротрещин. Разрушение образцов для ВПЯМ с хрупкой матрицей происходит практически вслед за стадией упругого деформирования (рис. 41, б, кривая 3).

Поведение ВПЯМ при изгибе

Типичные диаграммы изгиба ВПЯМ приведены на рис. 41, г. Первая из них относится к ВПЯМ с достаточно пластичной матрицей (ВПЯМ–Cu с любыми значениями П и Dя).

Процесс деформации при изгибе ВПЯМ происходит в четыре стадии, что находит отражение в диаграмме изгиба. От диа-

111

грамм сжатия и растяжения ее отличает наличие почти вертикально расположенного первого участка. Запаздывание появления прогиба относительно начала приложения нагрузки связано сразвитием фронта деформации, распространяющегося от верхних слоев образца под нагружающим наконечником к нижним слоям.

Относительная протяженность этой стадии зависит от П и Dя исследуемого ВПЯМ с тенденцией к снижению при их уменьшении и переходе от пластичной к хрупкой матрице.

На первой стадии происходит выбор «слабины» в области ВПЯМ, находящейся непосредственно в месте приложения нагрузки. На второй стадии изгиба происходит упругое сжатие верхних и растяжение нижних слоев сетчато-ячеистого каркаса. На третьей и самой протяженной стадии одновременно протекают процессы, описываемые третьей стадией диаграмм сжатия

ирастяжения ВПЯМ. Находящиеся под наконечником тяжи теряют устойчивость и сминаются. Нижние поверхностные тяжи претерпевают пластические деформации при своем растяжении. Процесс распространяется от периферии к центру образца до полного исчерпания пластичности наружных тяжей, при этом в них образуются и развиваются микропоры и микротрещины. К концу третьей стадии зависимость изгибающего усилия от стрелы прогиба дает максимум. Концентрация дефектов возрастает настолько, что расстояние между ними становится соизмеримым с самими дефектами. Поля перенапряжений вокруг них накладываются, приводя к увеличению скорости их прорастания

ислияния и далее – к разрыву тяжей и образованию магистральной трещины.

На четвертой стадии происходит последовательное разрушение тяжей и продвижение фронта макротрещины от нижней поверхности образца к верхней. После разрушения нижнего слоя тяжей требуется дополнительная величина прогиба для нагружения ближайших незатронутых тяжей, которые воспринимают нагрузку практически неповрежденными и активно препятствуют распространению микротрещины. При постепенном

112

разрушении тяжей возникает значительная величина прогиба при медленном снижении нагрузки.

Протяженность четвертой стадии напрямую связана с пластическими свойствами матрицы, а также зависит от толщины испытываемых образцов. Например, образцы ВПЯМ–Cu с П > 93 % и толщиной 2–4 мм довести до разрушения практически не удавалось, и они выдерживали изгиб до соприкосновения. Для образцов ВПЯМ с матрицей средней пластичности протяженность четвертой стадии несколько меньше.

На диаграмме изгиба образцов ВПЯМ с хрупкой матрицей отсутствует третья стадия. Процесс зарождения макротрещин наблюдается сразу после завершения второй стадии упругой деформации и заканчивается хрупким разрушением образца.

113

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Охарактеризуйте свойства и опишите классификацию карбидов переходных металлов.

2.Как изменяется твердость при образовании твердых растворов карбидов?

3.Опишите технологию получения карбида титана из диоксида титана.

4.Раскройте сущность технологии получения волокон из карбида титана.

5.Опишите структуру карбидосталей.

6.Назовите технологии получения карбидосталей.

7.Охарактеризуйте структуру исвойств карбида кремния.

8.Какие легирующие элементы повышают термостойкость материалов на основе карбида кремния?

9.Опишите технологии получения силицированного

графита.

10.Как можно характеризовать химическую стойкость силицированного графита?

11.Какие модификации нитрида кремния вы знаете, каковы их свойства?

12.Какие методы получения порошков нитрида кремния вы знаете?

13.Назовите механизмы спекания карбида кремния.

14.Назовите направления применения материалов на основе нитрида кремния.

15.Дайте характеристику структуры и свойств карбосилицида титана.

16.Опишите методы получения карбосилицида титана.

17.Назовитеобласти использованиякарбосилицида титана.

18.Опишите сущность и назовите разновидности лазерного синтеза порошков оксидов металлов.

19.Расскажите о термодинамике лазерного синтеза порошков оксидов.

114

20.Дайте характеристику технологии получения нанодисперсных порошков лазерным методом.

21.Каковы зависимости фазового состава порошка оксида алюминия от параметров лазерного синтеза?

22.Дайте классификацию высокопористых порошковых материалов.

23.Охарактеризуйте структуру ВПЯМ.

24.Назовите методы измерения функциональных свойств высокопористых материалов.

25.Опишите направления применения ВПЯМ.

115

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Самсонов Г.В., Упадхая Г.Ш., Нешпер В.С. Физическое материаловедение карбидов. – Киев: Наук. думка, 1974. – 455 с.

2.Высокотемпературные материалы. Ч. 2. Получение и фи- зико-химические свойства высокотемпературных материалов / В.П. Елютин [и др.]. – М.: Металлургия, 1973. – 464 с.

3.Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Петров А.П. Карбид титана: получение, свойства, применение. – М.: Металлургия,

1987. – 216 с.

4. Износостойкие композиционные материалы / Ю.Г. Гуревич, В.Н. Анциферов, Л.М. Савиных, С.А. Оглезнева, В.Я. Буланов; под ред. Ю.Г. Гуревича. – Екатеринбург: Изд-во УрО РАН,

2005. – 215 с.

5. Новые композиционные и керамические материалы: учеб. пособие / В.А. Жиляев, М.Н. Каченюк, В.Б. Кульметьева, С.Е. Порозова. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2010. –

144 с.

6.Анциферов В.Н., Халтурин В.Г., Айнагос А.Ф. Лазерный синтез ультрадисперсных порошков оксидной керамики // Проблемы современных материалов и технологий. – Пермь:

РИТЦ ПМ, 1995. – 106 с.

7.Тепловыделяющие каталитические блоки беспламенного горения на основе жаростойкого сплава / В.Н. Анциферов, Г.А. Цой, А.П. Бевз, А.И. Поливода // Технология металлов. –

2010. – № 8. – С. 25–32.

116