Волоконні МКМ на основі алюмінію

Застосування алюмінію і його стопівмарок АМц, АМг2, АМгб, АДЗЗ, Д16, В95 та ін. для матриці пояснюється їх дешевизною, малою густиною, доброю корозійною тривкістю й здатністю багатьох з цих стопів до істотного зміцнення термічною обробкою.

Найпоширенішим серед МКМ є бороалюміній ВКА-1. За міцністю при кімнатній температурі він вдвоє перевищує конструкційні стопи алюмінію, а за жорсткістю — у 3,5 рази. Волокна бору, що займають у матеріалі ВКА-1 об'єм від 40 до 50 %, високоміцні (sм = 2800...3500 МПа) і жорсткі при густині (2,50...2,65) • 103 кг/м3. Їх недолік — підвищена крихкість і висока хімічна ак­тивність. Уже при температурі понад 400 °С волокна бору оксидуються, а при температурі понад 500 °С вони взаємодіють з алюмінієвою матрицею. Для захисту від хімічної взаємодії на борні

волокна наносять тонкі покриття з карбіду кремнію чи карбіду або нітриду бору завтовшки 3...5 мкм. Волокна бору, покриті тонким шаром карбіду кремнію, називають борсиком. Густина бороалюмінію становить (2,63...2,65) • 103 кг/м3. З нього виготовляють деталі, що застосовуються в авіації.

У МКМ алюміній — вуглецеві волокна поєднуються низька густина матриці та арматури з високою міцністю й жорсткістю волокон, внаслідок чого компо­зит характеризується значними питомими міцністю й жорсткістю. Окрім того, вуглецеві волокна добре проводять тепло й електричний струм. Міцність вуг­лецевих волокон становить 1500...3500 МПа і більше при густині (1,6...1,8) • 103 кг/м3. Їх недоліками є висока хімічна активність, крихкість і погана змочуваність розтопами основних конструкційних металів. Під час нагрівання волокон до температури понад 450 °С вони взаємодіють з киснем атмосфери, хоча в нейтральній атмосфері витримують температуру до 2200 °С. Щоб захистити вуглецеві волокна від хімічної взаємодії з киснем й матеріалом матриці, їх покривають боридами титану, нітридами титану й цирконію, карбідом кремнію, карбідом титану, хромом, молібденом і вольфрамом. Водночас нанесені покриття покращують змочуваність волокон матеріалом матриці.

Вуглецеві волокна отримують із синтетичних органічних волокон, термічно розкладаючи їх в інертному середовищі.

МКМ алюміній — вуглецеві волокна формують рідкофазовими методами зокрема литтям під тиском. Ці матеріали успішно застосовують в авіації для виготовлення паливних баків сучасних винищувачів. МКМ алюміній — вуглецеві волокна дешевші й легші, ніж МКМ алюміній — борні волокна.

Армування алюмінієвих стопів безперервними волокнами з таких важко топких матеріалів як бор, карбіди кремнію, оксиди алюмінію істотно підвищує жароміцність МКМ.

Із МКМ алюмінієвий стоп — волокна SiC виготовляють труби, фасонні деталі, танкові траки, поршні для двигуна автомобіля тощо.

МКМ алюмінієва матриця —металевий дріт відзначаються підвищеними міцністю, модулем пружності та втомною міцністю. Металевий дріт використовують у вигляді волокон і сітки. Звичайно застосовують дріт діаметром 20... 1500 мкм, з високовуглецевих або легованих сталей з границею міцності sм = 1800...3150 Мпа. Границя міцності дроту з вуглецевих сталей зберігається до температур 350...450 °С. Сталевий дріт належить до найдешевших зміцнювачів.

Перспективним зміцнювальним компонентом є берилієвий дріт з високими питомими міцністю й жорсткістю. Границя міцності берилієвого дроту 0 50 мкм становить sм= 1450 МПа, а густина — 1,8 • 103 кг/м3.

Зі стопів алюмінію, армованих сталевим і берилієвим дротом, виготовля­ють деталі корпусів ракет й паливні баки літальних апаратів.