Композиты и наноструктуры Том 7№ 4
COMPOSITES and NANOSTRUCTURES_________________________________________________________ 2015
СОДЕРЖАНИЕ
СИНЕРГИЗМ В КОМПОЗИТАХ................................................................................................................................... 191
Известное определение композита, даваемое оксфордским словарём,
- как неоднородной смеси соединённых между собой двух или более фаз, - не
акцентирует внимание на одном из важнейших свойств композита, возникающим в
результате должным образом конструирования композита. Более того,
превалирующее положение в приложениях последних десятилетий лишь одного
семейства композитов - углепластиков - заставило научную и технологическую
общественность сфокусироваться на одном только примере синергизма в композитах,
на трещиностойкости углепластиков-
высокопрочных композитах благодаря высокой прочности волокна. Цель настоящей
статьи - привлечь внимание исследователей к целому ряду синергетических
эффектов, наблюдаемых как в композитах с пластичной металлической матрицей, так
и в композитах с хрупкой матрицей. В частности, показано, что взаимное влияние
волокна и матрицы в композите может существенно изменить свойства компонентов;
учёт этих изменений позволяет оптимизировать как структуру композита, так и
технологию его получения. Армирование тугоплавкой матрицы волокнами должного
хим. состава может на порядки уменьшить скорость окисления матрицы.
Взаимодействие хрупких компонентов в композите определяет нечувствительность
композитов типа хрупкое-хрупкое к дефектам (с. 191-206; ил. 14).
НАНОМАТЕРИАЛЫ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ...................................................................................... 207
В обзоре кратко анализируется состояние результатов
недавних исследований консолидированных наноматериалов
в экстремальных условиях, особенно под действием комбинированных воздействий типа
коррозионного растрескивания под напряжением, совместного влияния облучения и
нагрева и т.д. Особое внимание уделено характеристике наноструктур, способных сохранять свои свойства в
экстремальных условиях. В этом отношении наиболее перспективными
кажутся двойниковые и градиентные наноструктуры.
Отмечены малоизученные проблемы (с. 207-215; ил. 6).
ПРОЦЕССЫ РАЗРУШЕНИЙ,
ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ДОЛГОВРЕМЕННУЮ НАДЁЖНОСТЬ
КОНСТРУКЦИЙ,
АРМИРОВАННЫХ УГЛЕВОЛОКНОМ..................................................................................... 216
Современные композиты используют в настоящее время во
многих критически важных гражданских приложениях, для которых долговременная
надёжность абсолютно необходима.
Методы испытаний, применяемые для более традиционных металлических
конструкций, как сейчас ясно, не дают достаточно надёжных результатов, будучи
применёнными к композитным конструкциям. Поэтому очевидна необходимость
разработки новых методов, основанных на понимании процессов повреждения
композитных элементов. Многоуровневое моделирование, учитывающее характеристики
волокон, матрицы и границы раздела, к настоящему времени достаточно развито.
Оно позволяет исследовать накопление повреждений на стадии их устойчивого роста
и определить критическую величину повреждения, определяющую разрушение
конструкции в заданных условиях нагружения. Эта
информация позволяет определить количественно коэффициент безопасности на
основе знания характеристик структуры композита (с. 216-224; ил. 5).
Suresh
Kumar, Rajesh Chandra, Anil Kumar, N. Eswara Prasad
and L.M. Manocha
КОМПОЗИТЫ
УГЛЕВОЛОКО - SiC ДЛЯ
ПРИМЕНЕНИЯ В ДВИГАТЕЛЯХ....................................................... 225
Композиты с углеволокном в карбид-кремниевой матрице (C-SiC) являются идеальным материалом для
снарядов с управляемым вектором тяги благодаря их высокой удельной прочности,
сопротивлению эрозии и высокой температуре использования. Управление вектором
тяги необходимо на начальной фазе запуска снаряда, когда аэродинамической силы
недостаточно для нужного маневрирования. Среда, в которой работают направляющие
лопатки в сопле, весьма агрессивна; при температурах до 2500оК
потока со скоростями 3-4 М газ может нести твёрдые мелкие частицы оксида
алюминия, вызывающие эрозию.
Для получения композитных лопаток разработан
управляемый технологический процесс, основанный на инфильтрации расплава
кремния. Лопатки были успешно испытаны в условиях работы совместно с
твердотопливным ракетным двигателем. Настоящая статья описывает исследования,
направленные на технологию получения лопаток (с. 225-230; ил. 4).
ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ
АРАМИДНОЙ ТКАНИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОГЛОЩЕНИЕМ
ЭНЕРГИИ УДАРА В СЛОИСТЫХ КОМПОЗИТАХ................................................................................................. 231
Представлены экспериментальные результаты по влиянию
поверхностной обработки арамидной ткани полимерными
композициями, содержащими наноалмазы и углеродные нанотрубки, на эффективность рассеяния кинетической энергии
пули фрикционными эффектами. В первой части статьи представлены
квазистатические испытания - вытягивание нити из арамидной
ткани полотняного переплетения P110. Во второй части проведены баллистические
испытания для определения влияния поверхностной обработки ткани на величину
глубины вмятины в специальном пластилине. Для примера поверхностная обработка
тканей с утяжелением до 6% позволяет увеличить фрикционное взаимодействие между
нитями в 4 раза и приводит к снижению прогиба тканевого пакета при локальном
ударе примерно на 20%. Показано также, что обработка вязкими жидкостями,
эффективная при квазистатическом вытягивании нитей, теряет свою эффективность
при локальном ударе (с. 231-240; ил. 6).
С.А.Фирстов, В.Ф.Горбань, Н.А.Крапивка, Э.П.Печковский, М.В.Карпец, А.В.Самелюк, В.Н.Ткач
ФОРМИРОВАНИЕ ФАЗОВОГО
СОСТАВА И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛИТЫХ
МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ
ЭКВИАТОМНЫХ СПЛАВОВ, СОДЕРЖАЩИХ M-ФАЗУ.................................. 241
Изучены 7 литых многокомпонентных (5-7 элементов из
числа Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni) эквиатомных трехфазных сплавов, которые содержат поликомпонентные интерметаллидные
m-фазы (включают m-образующие элементы Mo, W, Fe, Co) в сочетании
с твердыми растворами замещения, которые имеют ОЦК и ГЦК кристаллические
решетки. Все сплавы содержат вольфрам.
С учетом индивидуальных характеристик металлов, а также
электронной концентрации Csd сплавов
данного типа установлены закономерности и особенности формирования фазового
состава и количественного соотношения фаз при кристаллизации и их влияние на
механические свойства.
При кристаллизации расплава в первую очередь при
температуре выше 2000 оС кристаллизуется
ОЦК-твердый раствор замещения на основе вольфрама (~60 ат.
%) и молибдена (~30 ат. %), который структурно
представлен в виде дендритов. При температуре 1400-1500 оС
образуется поликомпонентная т-фаза, которая включает
все элементы химического шихтового состава; содержание элементов близко к эквиатомному. Она также структурно представлена в виде
дендритов, которые непосредственно прилегают практически ко всем первичным
дендритам ОЦК-фазы. Затем при температурах 1270-1360 оС
кристаллизуется ГЦК-твердый раствор замещения на основе ГЦК-металлов (их суммарное
содержание составляет ~70 ат. %). ГЦК-фаза
располагается в промежутках между дендритами и кристаллами т-фазы, главным
образом, в составе эвтектики, вторым компонентом которой является т-фаза.
Максимальное количество т- и ОЦК-фаз в сплаве находится
на уровне 50 масс. %, ГЦК-фазы - на уровне 65 масс. %.
С увеличением электронной концентрации от Csd = 7,40 до Csd = 8,00 эл/ат химического шихтового состава сплава количество т-фазы в
нем снижается от 50 до ~10 масс. %; в пределах Csd = 7,60-8,00 эл/ат количество ГЦК- и ОЦК-фаз незначительно возрастает.
Оптимальное сочетание высокотемпературных прочностных и
пластических характеристик сплавов достигается при количественном соотношении т-, ОЦК- и ГЦК-фаз на уровне, соответственно, 40-45-15 масс.
%. Приведенный модуль упругости при инденти- ровании E при
комнатной температуре находится в пределах Er = 130-190 ГПа (с. 241-258; ил. 7).
© ИФТТ РАН «Композиты и наноструктуры». 2015