Композиционный материал

ОПИСАНИЕ ИЗОБР ЕТЕ Н И Я 11533654 Союз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 12.11.76Государственный комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытий(54) КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Титановый сплав 10 - 35 Алюминий 30 - 50 Борное волокно 30 - 50 Борное волокно 35 - 45Алюминий 15 - 29 Титановый сплав Остальное 25 Изобретение относится к,композиционным материалам, которые могут быть использованы в авиационной и космической технике.Известен композиционный материал, состоящий из алюминиевой или титановой матрицы, армированной бориным волокном 1.Наиболее близким к предлагаемому по техцической сущности и достигаемому эффекту является композиционный материал, имеющий следующий состав, /о Борное волокно может быть покрыто карбидом кремния.Материал получают методом намотки борного волокна на поверхность фольги из титанового сплава, последующего нанесения на поверхность фольги и намотанного на нее борного волокна методом плазменного напыления слоя алюминиввого сплава, сборки полученных таким образом монослойных лент в пакет и их диффузионного соединения мето. дом горячего прессования,Известный материал содержит в составе матрицы довольно большое количество сравнительно малопрочного алюминиевото сплава и при,высоких ГС) температурах из-за сильного разупрочцепця алюминиевого сплава имеет нпэкпе прочностные свойства в направлениях, отличных от направления укладки борного волокна. Другим недостатком из всстцого материала является то, что борныеволокна в нем соприкасаются с поверхностью титановой фольги. Это приводит,к тому, что в процессе его работы длительное,время при высоцких (400 в 5 С) температурах происходит взаимодействие титана с борцым волокном, приводящее к потере рочцости и деградации волокна.Целью изобретения является повышениепро ености композиционного материала при температурах до 500 С,Для достижения указанной цели предложен композиционный материал с матрицей из титанового и алюминиевого сплава и упроч.кителем из однонаправленного борного, волокна, который отличается от известного тем, что содержит компоненты,в следующих соотноше.ниях, об. %: При этом борное волокно, окруженное алюминиевой составляющей матрицы, не имеет з 0 непосредственного,контакта с титановым533654 Сплав ВТ 23 38,7 Алюминий 24,7 Борное волокно 36,6 15 Таблица 1 Содержание компонентов, об. % Предел прочности, кг/мм поперек волокна вдоль волокна при температуре,С титановый,сплав38,3 105,9 82,1 о 7,о 46,8 35,2 35,5) 39,9) 94,262,4107,168,3 44,1 23,9 44,7 26,1 48,4 38 3) 16 944 8 з) 105,8 67,2 55,6 29,5 60,4(41,2 35 14) 15,3 49,6) 98,9 76,3 Титановый сплав ВТ 23, содержащий, вес. %;4 - 5 А, 1,5 - 2,5 Мо, 4 - 5 Ъ, 0,8 - 1,4 Сг, 0,4 - 0,8 Ре, остальное титан.Титаповын сплав ВТ 15, содержащий, вес. %:2,3 - 3,6 А 1, 6,8 - 8,2 Мо, 9,5 - 11,0 Сг, остальное титан.Титановый сплав ВТ 6, содержащий, вес. %:5,5 - 6,8 А 1, 3,8 - 4,8 1, остальное титан.Борное волокно с покрытием пз карбида кремнии толщиной 2 - 4 люкль 4) сплавом. Наряду с борным волокном без покрытия может применяться борное волокно с поерытием, апример из карбида кремния.Повышенное содержание,в матрице титанового сплава позволяет значительно повысить прочность композиционного материала в направлениях, отличных от направления укладки борного волокна, а также в направлении укладки волэкна при температурах до 500 С.Применение алюминия, окружающего борные волокна, исключает непосредственный контакт, а следовательно и взаимодействие титана с борнььм волокном, и разупрочнепие последнего в процессе получения материала и его зксплуатации нри высоких температу. рах, Это позволяет применять в качестве уп. рочнителя наряду с борным волокном, пекрытым карбидом кремния, борное волокно без покрытий.П р им ер. Для изготовления композиционного материала применялась фольга титанового сплава ВТ 23 толщиной 50 мкм, борн ое вол окно ди а м етром 0,1 мм, уложенное в одном направлении с шагом 0,12 мм, и алюминиевая фольта АД 1 толщиной 20 мкм, Из указанных,компонентов набирался пакет, состоящий из чередующихся слоев фольги титанового сплава, алюминия и борного волоасна, уложенных таким образом, что в,контакте с барным волокном находилась только фольга алюминия. Из полученного таким образом па,кета методом диффузионной сварки под давлением в вакууме получали композиционный материал по следующему режиму: температура 580 С; удельное давление прессования 500 кг/см, время выдержки 10 - 12 мин; вакуум 1 х 10 " мм рт. ст. Композиционный материал содержал,0 оо,% Полученный когмпозиционный материалимел предел порочности в налравлении укладки борного волокна при 20 С - 86,2 и при500 С - 72,6 кг/мм 2, а в поперечном направ 20 ленин при 20 С 443 и при 500 С30,2 кг/мм.Применяя фольгу титанового сплава иалюминия различной толщины и изменяяшаг укладки борного волокна по режиьу,25 приведенному в примере, получали композиции с однонаправленной укладкой волокна иразливочным содержанием компонентов. Приэтом применялиеь фольги из различных титановых сплавов и борные волокна без по 30 крытия и с покрытием из карбида кремния.Составы композиций и результаты их испытаний приведены в табл. 1,533654 ного материала. Таблица 2 Предел прочности, кг/имСодержание компонентов, об. % вдоль волокна поперек волокна при температуре,С борное волокно ф)аюинй титан 25 400 25 200 300 17,6 110 42) 16 42 28 4 З) 73 21 36 ззз) 108 43,4 31) 36 6,3 48 з) 4,8 15 37 26,5 4 л) 25 34 40) 18,9 8,6 18 42 ЗЗ 4) 44,5 34,5 32 47 з) 15 21,8 38 13,1 21 б) 28,923,2 З 5 ) 20,4 44 39) 19 85 42 ф) Борное волокно с покрытием из карбида кремния толщиной 2,5 - 4,2 икм.) Сплав,6 - Т 1. АлюминийБорное волокноТитановый сплав 15 - 29 35 - 45 Остальное 10 Составитель В. НарваРедактор Е. Шепелева Текред В. Рыбакова Корректор И. Симкина Заказ 955146 11 зд. М 1739 Тираж 764 Под шсное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Тип. Харьк. фил. пред. Патент,Для сопоставления в табл, 2 приведенысоставы и свойства известного композиционСопоставление данных, приведенных в табл. 1 и 2, показывает, что при наличии прочности в направлении укладчики волокна, сохраняющейся на хорошем уровне до температуры 500 С, предложенный композиционный материал имеет высокую прочность в направлении, перпендикулярном направлению укладки волокна как при комнатной, так и при теипературе 500 С и значительно (вплоть до 2 раз) превышает аналогичную характеристику известного материала при температуре 400 С. Формула изобретенияКомпозиционный материал, содержащий титановый сплав, алюминий и борное волокно, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности,при температурах до 500 С, он содержит компоненты в следующих 5 соотношениях, об. %: Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. 11 дЫ Ме 1 а 1 Аде, 1970, 28,7 - 8, с. 12 - 13.2, Патент США3575783, 161 - 143, 1971.