Способ изготовления композиционных волокнистых материалов

 

Изобретение относится к композиционным материалам, в частности к способам изготовления волокнистых композиционных материалов на металлической основе. Целью изобретения является повышение прочностных свойств композиционного материала. Предварительно уплотненные слои порошка матрицы, чередующиеся со слоями волокон, брикетируют, нагревают брикет в защитной среде, экструдируют и затем отжигают. При этом объем Q_с волокон в слое выбирают по формуле 4Q_с/(πald_кмK_зал)=1, а слой матрицы изготавливают толщиной h_пр, удовлетворяющей условию (h_прγ_прA·L+Q_lγ_б)/(d_бγ_бA·L>1, где a, l ширина и длина композиционного слоя в материале; A, L ширина и длина композиционного слоя в брикете; d_км, d_б диаметры волокна в композиционном материале и в брикете; γ_пр, γ_б плотности слоя матрицы после предварительного уплотнения и брикетирования; K_зап коэффициент заполнения. 1 табл.

Изобретение относится к композиционным материалам, в частности к способам изготовления волокнистых композиционных материалов на металлической основе. Целью изобретения является повышение прочностных свойств композиционного материала. Для достижения поставленной цели предварительно уплотненные слои порошка матрицы, чередующиеся со слоями волокон, брикетируют, нагревают брикет в защитной среде, экструдируют и затем отжигают. При этом объем Q_с волокон в слое выбирают по формуле 1 а слой матрицы изготавливают толщиной h_пр, удовлетворяющей условию > 1 где а, l ширина и длина композиционного слоя в материале; A, L ширина и длина композиционного слоя в брикете; d_км, d_б диаметры волокон в композиционном материале и в брикете; γ_пр, γ_б плотности слоя матрицы после предварительного уплотнения и брикетирования; К_зап. коэффициент заполнения, Изобретение иллюстрируется следующим примером. Был изготовлен композиционный материал на основе железного порошка ПЖ4М2 (ГОСТ 9849-74) фракции до 160 мкм, армированного волокнами из стали марки сталь 55. Диаметр волокон в композиционном материале d _км= 0,008 см, длина волокон l_км2,4 см, толщина композиционного слоя материала h_км 3 d_км 0,024 см, ширина слоя а 1,25 см, длина слоя l 25 см. Коэффициент заполнения слоя волокнами К_зап. 0,9. Горячая обработка заготовки композиционного материала осуществляется экструзией при степени обжатия λ 6. Объем волокон в слое при этом составил 0,18 см³, это удовлетворяет условию в формуле изобретения 1 При нарушении этого условия объем волокон будет либо недостаточен для достижения заданной объемной доли, либо волокна будут соприкасаться между собой, что приведет к уменьшению прочности. В данном примере объемное содержание волокон в композиционном материале 24%
Прокаткой порошка матрицы получают листы толщиной h_пр.0,075 см, шириной 3,1 см, длиной 5,0 см, плотностью γ_пр 5,6 г/см³. В пресс-форме устанавливают 52 слоя матрицы, между ними размещают волокна из стали марки сталь 55 диаметром d_б 0,02 см, длиной l_б 0,4 см с ориентацией вдоль длины слоев матрицы. Многослойную массу брикетируют подпрессовкой под давлением 500-550 МПа, выдерживая размер А 3,1 см, L 5 см. Затем брикет нагревают в защитной среде (водород) при 1050-1150^оС в течение 0,5-0,75 ч и подвергают экструзии через коническую матрицу 2 α110^о с коэффициентом вытяжки λ 6. При этом выполнение второго условия из формулы изобретения обеспечивает соотношение между суммарной массой предварительно уплотненного слоя матрицы, равной h_пр. γ_пр. AL и слоя волокон Qс γ_б одной стороны, и массой брикета d_б γ_б AL с другой, обеспечивающее заданную объемную долю волокон в готовом материале. Результаты испытаний материала, полученного по предложенному и известному способам, приведены в таблице. В КМ, полученном известным способом, все волокна размещены в матрице с ориентацией, но их поперечные сечения не уменьшаются, материал имеет остаточную пористость. В предложенном способе все волокна ориентированы, уменьшены в поперечном сечении, достигнута беспористая структура.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий брикетирование чередующихся предварительно уплотненных слоев порошка матрицы со слоями волокон, нагрев брикета в защитной среде, экструзию и отжиг, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных свойств, объем O_с волокон в слое выбирают по формуле

а слой матрицы изготавливают толщиной h_пр, удовлетворяющей условию

где a, l ширина и длина композиционного слоя в материале;
А, L ширина и длина композиционного слоя в брикете;
L_км, d_б диаметры волокна в композиционном материале и брикете;
γ_пр, γ_б плотность слоя матрицы после предварительного уплотнения и брикетирования;
К_зап коэффициент заполнения слоя волокнами.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---