Композиционный материал

и,643088 Союз Советсеа Сврюапметммесиик Республик(23) Пфиорнтет ее (Щ 01.09, 76 1/09 1/00 3/00 евуларстевией аивтфт ссср ю далем амбрвтвей в етхрнтнй) 1037 38/ Опубликован ата опублико 2) Авторм ,изобретении ро Хаяси, М опии) Иностранная фее Рисерч Институт Фор оф дэе Толоку МниЩЗаивитвл 4) КОМПОЗИЦИ ТЕ РИАЛ ю. 20 - 8 Изобретение относится к области изыскания композиционных материалов на основе алюминия, магния и их сплавов, упрочнен. ных высокомодульными непрерывными волокнами, предназначенные для широкого использования в различных областях техники Ь в качестве конструкционного материала, который должен обладать повышенными модулем упругости,и прочностными свойствами,Известны композиционные материалы на основе алюминия, магния н их сплавов, уп-рочненные волокнами карбида кремния 11. Но у композиционных материалов недостаточно высокие прочностные свойства. Так предел прочности композиционного материала на основе сплава Йд, 3% А 1, 1% Хг, 0,2% Мп, упрочненного нитевидными крис- . 1 в таллами карбида кремния, равен 42 кгс(мм,Целью изобретения является создание кЬмпозиционного материала, обладающего высоким уровнем прочностных свойств прн комнатной и повышенных температурах а также высоким модулем упругости.ффДля достижения поставленной цели в композиционном материале, включающем матрицу из металла, выбранного из группы, содержащей алюминий, магний или их сплавы, и упрочннтель из непрерывных волокон карбида кремния, волокна содержат 0,01 - 40 вес.% свободного углерода при следу щем соотношении, об.%:Непрерывные волокна кар. бида кремния с содержанием 0,01 - 40 вес, % свободного углерода, 0 Элемент, выбранный изгруппы, содержащей алюминий, магний и их спла. ОстальнреВ качестве матрицы композиционный материал содержит сплав на основе алюминия, включающий по крайней мере один компо. нент, выбранный из группы, содержащей титан, хром, кремний, марганец а кальций.1В качестве матрицы композиционный ма. териал содержит сплав на осняве магния, включающий по крайней мере один квмпо- нент, выбранный из группы, включающей алюминий, . марганец, цирконий, кальций, кремний, иттрий.Непрерывные волокна карбида кремния имеют следующие свойства, приведейные ни.643088 3Предел прочности, кгс/мм 300 - 600Модуль Юнга, кгс/мм20 - 40 10 Свободный углерод; содержащийся в волокнах, способствует улучшению смачивае мости, а именно свободный углерод реагирует с алюминием или с элементом, добавленным в магниевый сплав, в результате чего между матрицей и упрочнителем наблюдается .химическая адгезия. Для обеспечения протекания диффузионных процессов вы ф держка между матрицей в расплавленном состоянии и упрочнителем должна быть более О мин. Однако с увеличением выдержки существует опасность возникновения ободка из хрупких карбидов, что отрицательно сказывается иа пластичности композиционногоматериала.Лример 1. Методом вакуумной цропитки жидким алюминием пучка волокон карбида кремния ф 10 мкм, помещенных в трубку Нз глинозема, получен композиционный ма тернал, содержащий, об.%: Непрерывные волскна карбида кремния с содержани,. ем 5 вес.% свободного углерода, . 4125 Алюминий Остальное Предел прочности на растяжение ком-позиционного материала 105 кгс/мм ,Пример 2. Методом вакуумной пропиткижидким сплавом на основе алюминия пучкаволокон карбида кремния у 10 мкм, помещенных в трубкуиз глинозема, полученком позиционнйй материал, содержащий,.об%:3Непрерывные волокна карбида кремния с содержаниемвес. % свободного углерода 48Сплав иа основе алюминия,содержащий О,Б вес. % крем ання и 0,5 вес.% магния ОстальноеПредел прочности на растяжение композиционного материала 130 кгс/ммф, .Пример 3. Методом вакуумной пропиткибыл получен композиционный материал, содержащий об,%:Непрерывные волокна карбида кремния с содержанием 3 вес, % свободногоуглерода 28Сплав йа основе алюминия . 5 ос содержанием 4,5 вес,%меди Остальное Предав прочности на растяжение компо. зицнониого материала 86 кгс/мм.Пример 4. Методом вакуумной пропитки 55 был получен композиционный материал, содержащнй, об.%: 4Непрерывные волокна карбида кремния с содержанием 5,5 вес.% свободного углерода 34 Сплав на основе алюминия,содержащий 0,3 вес, % кремния, 0,6 вес. % железа и5 вес.% меди Остал ьное Предел прочности на растяжение композиционного материала 103 кгс/мм.Пример 5. Методом горячего прессования при давлении 5 т/см в вакууме при 600 С получен композиционный материал; содержащий, об.%:Непрерывные волокна кар.бида кремния с содержанием 3,0 вес.% свободного углеродаАлюминий Остальное Предел прочности на растяжение композиционного материала 54 кгс/ммф.Пример 6. Методом пропускания непрерывного волокна карбида кремния 910 мкм с содержанием свободного углерода,6 вес. % через расплав алюминия при 800 С в ат. мосфере аргоиа при скорости подачи 8 см/мин получена проволока ф 30 мкм. Предел прочности на растяжение проволоки имеет 51 кгс/мми модуль Юнга 15 10 З кгс/мм ,Пример 7. Методом вакуумной пропитки получен композиционный материал, содержащий, об.%:. Непрерывные волокна карбида кремния с содержанием 4, вес.% свободного углерсаа 25Сйлав на основе магния,содержащий 10 вес, % А 1,. 0,5 вес.% марганца .ОстальноеПредел прочности на растяжение композиционного материала 73 кгс/мм,Пример 8. Методом вакуумной пропиткиполучен композиционный материал, содержащий, об. %:Непрерывные волокна карбида кремния с содержанием 6 вес, % свободного углерода 32Сплав на основе магниясодержащий 0,6 вес,% цнр.кония, 2 вес. О/О иттрия н4 вес.% цинка ОстальноеПредел прочности на растяжение композиционного материала 87 кгс/мм.Пример 9. Методом горячего прессованияпрн давлении 0,5 т/см в атмосфере аргонапри 550 С из промежуточной заготовки, полученной спеканием непрерывных волоконс порошкообразиым сплавом наоснове магния, получен композиционный материал ссодержанием, об. %:6430886также для изделий сельскохозяйственной тех-,ники Формула изобретения Непрерывные волокна карбида кремния с содержанием 5 вес.% свободного углерода 30 Сплав на основе магния,содержащий 1,0 вес. %магния, 0,1 вес. % кальция, 0,25 вес. ойо кремния,0,03 вес,% меди, 0,008 весЯЬникеля, 0,2 вес.% прочихэлементов Остальное Предел прочности на растяжение композиционного материала 30 кгс/мм.Пример 10, Методом заливки жидким металлом сплетенных волокон карбидов кремния, разрезанных на дискин 00 мм и уложенных на расстоянии 0,02 мм, получен композиционный материал, содержащий, об. %:Непрерывные волокна карбида кремния с содержанием 10 вес. % свободного углерода 25 Сплав на основе магния, содержащий 9,5 вес,% алюминия, 0,5 вес.% марганца,2,1 вес.%.цинка, 0,2 вес.%кремния, 0,1 вес,% меди,0,05 вес. % никеля,0,25 вес.% других элемен, тов ОстальноеПредел прочности иа растяжение композиционного материала 65 кгс/мм.Таким образом, предложенный композиционный материал имеет высокий предел прочности и модуль упругости и может быть рекомендован в качестве коиструкционного материала для аппаратов в производстве синтетических волокон, для изделий быта, для автомобилей, кораблей, самолетов, а 1. Композиционный материал, включающий матрицу из металла, выбранного из группы, содержащей алюминий, магний илинх сплавы, и упрочнитель из непрерывныхволокон карбида кремния, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных характеристик, в качестве упрочнителя он содержит карбидные волокна с 0,01 - 40 вес,тв свободного углерода при следующем соотно шений, об,%:.Непрерывные волокна карбида кремния. 20 - 80Металл, выбранный из груп.пы, содержащий алюминий,магний или их сплавы Остальное2, Композиционный материал по п, 1,отличающийся тем, что в качестве матрицыон содержит сплав на основе алюминия,включающий по крайней мере один компо 25 нент, выбра 14 ный из группы, содерйашейтитан, хром, кремний, марганец и кальций., 3. Композиционный материал по п. ,тличающийся тем, что в качестве матрицыон содержит сплав на основе магния, включающий по крайней мерЕ один компонент, вы 3 ф бранный из группы, содержащей алюминий,марганец, цирконий, кальций, кремний, ит.трий.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Алюминиевые и магниевые сплавы, армированные волокнами, М Наука, 1974,с. 46, 50, 152.Составитель Л. Шевелева Редактор Л. Новожилова Техред О. Луговая Корректор С. Натрунева Заказ 7797/57 Тиражт 26 Подписное ОИИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений н открьггий 1 13035, Москва, Ж, Раушскав наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4