Алюмо-матричный кермет многофункционального назначения
Разработанный в МАИ на кафедре МиТОМ материал относится к классу керметов (керамико-металлических композитов), сочетает в себе малую плотность (легкий материал) с высокими механическими свойствами при простоте и экономичности технологического процесса получения. Способ получения материала защищен патентами РФ.
Структура и фазовый состав
Кермет имеет слоистую структуру, которая образована укладкой пластинчатых частиц порошка состава Al–Al2O3. Основными фазами являются алюминий и его оксид ((–Al2O3 и (–Al2O3). Содержание оксида алюминия можно варьировать от 0,5 до 30%об.
Метод получения
Процесс изготовления является весьма экономичным. Его проводят с использованием стандартного технологического оборудования: смесителя, гидравлического пресса, муфельной или вакуумной печи (газовая среда – атмосферный воздух или вакуум при разрежении 10-5 мм. рт. ст.). Упрочнение материала обеспечивается за счет реакционного спекания вследствие протекания сильно экзотермической реакции горения алюминия на воздухе в объеме порошкового изделия или в результате его жидкофазного спекания в вакууме при образовании малого количества эвтектического расплава Al/Al4C3.
Особенности разрушения при механическом нагружении и термоударе
Повышенная трещиностойкость при механическом и (или) термическом нагружении достигается за счет за счет торможения дислокаций на межслойных границах спеченного материала, а также вследствие диссипации энергии трещины при локальном расслоении по межслойной границе, при ветвлении трещины и пластической деформации металлической составляющей слоев композита. Указанные механизмы обеспечивают замедленный (дискретный) характер разрушения, при котором материал сохраняет высокую прочность с существующими в нем трещинами.
Кермет может быть использован в следующих областях применения:
- Конструкционные изделия (втулки, шестерни).
- Абразивный инструмент для обработки металлов и сплавов.
- Антифрикционные изделия (вкладыши к подшипникам скольжения).
- Износостойкие изделия (нитеводители, фильеры для прокачки суспензий с абразивным наполнителем).
- Уплотнительные детали (прокладки в соединениях трубопроводов высокого давления).
- Элементы ударопрочной защиты.
Характеристики композита
- Плотность (r) от 1,8 до 2,75 г/см3
- Открытая пористость (Потк.) от 30 до 5 % об.
- Предел прочности при изгибе (sизг. ) от 50 до 500 МПа (на уровне литого силумина)
- Предел прочности при растяжении (sв ) от 100 до 130 МПа (высокий уровень прочности сохраняется при нагреве до 500 °С).
- Трещиностойкость (КIС ) от 3 до 20 МПа×м1/2 (более, чем в пять раз выше уровня плотной алюмооксидной керамики)
- Ударная вязкость (КCU) (от 0,5 до 4)×105 Дж/м2 (на уровне титана ВТ 22)
- Коэффициент трения скольжения в паре с ШХ 15 от 0,12 до 0,45
Поперечный шлиф образца с увеличением x500
Продольный шлиф образца с увеличением x500