Композиционный материал Советский патент 1979 года по МПК C22C47/08 C22C49/04 

(54) КОМПОЗИЦИСЖНЫЙ МАТЕРИАЛ

I

Изобретение относится к области изыскания композицнонных материалов на основе алюминия, магния и их сплавов, упрочненных высокомодульными непрерывными волокнами, предназначенные для широкого использования в различных областях техники в качестве конструкционного материала, который должен обладать повышенными модулем упругости.и прочностными свойствами.

Известны композиционные материалы на основе алюминия, магния и их сплавов, упрочненные волокнами карбида кремния {. Но у композицнонных материалов недостаточно высокне прочностные свойства. Так предел прочности композиционного материала на основе сплава Mg, 3°/о А1, 1% Zr, 0,2% Мп, упрочненного нитевидными кристаллами карбида кремния, равен 42 кгс/мм.

Целью изобретения йвляется создание кЬмпозиционного материала, обладающего высоким уровнем прочностных свойств при комнатной и Повышенных YeMnepaTypax,. а также высоким модулем упругости.

Для достижения поставленной цели в композиционном материале, включающем матрицу из металла, выбрйнного. из группы, содержащей алюминий, магннД или кх.сплавы, и упрочнитель из непрерывных волокон карбида кремния, волокна содержат 0,01 - 40 вес. % свободного углерода при следующем соотношении, об. %: . Непрерывные волокна кар.бида кремния с содержанием 0,01 -40 вес. °1о свободного углерода20-80 Элемент, выбранный из группы, содержащей алюминий, магний н их сплавыОстальнреВ качестве матрицы композиционный материал содержит сплав на основе алюминия, В1и ючаю1ций по крайней мере один компонент, выбранный из группы, содерж ей титан, хром, кремний, марганец « к льцнЛ.

В качестве матрицы-композиционный материал содержит сплав на осняве магния, включающий по крайней мере один кемп6неит, выбранный из группы, включающей алюминий, марганец, цирконий, , кремний, иттрий.

Непрерывные-волокна карбид кремния имеют следующий свойства, приведенные ниже. Предел прочности, кгс/мм ЗОЮ-600 МодульЮнга, кгс/мм 20-40-103 Свободный углерод,-содержащийся в волокнах, способствует улучшению смачиваемости, а нменно свободный углерод реагирует с алюминием илн с элементом, добавленным в магниевый сплав, в результате чего между матрицей и упрочнителем наблюдается XHMHHecKasf- адгезия. Для обеспечения Протекания диффузионных процессов выдержка между матрицей в расплавленном состоянии и упрочнителем должна быть более 10 мин. Однако с увеличением выдержки существует опасность возникновения обод ка из хрупких карбидов, что отрицательно сказывается на пластичностн композиционного материала., Пример I. Методом вакуумиой пропитки жидкНм алюминием nymfa волокон карбида кремния 0 10 мкм, помещенных в трубку из глинозема, получен композиционный материал, содержащий, об. %: Непрерывные волскна карбида кремния с содержани. ем 5 вес. /о свободного уг41лерода. Алюминий Остальное Предел прочности на растяжеиие компознционного материала 105 кгс/мм. Пришр 2. Метбдом вакуумной пропитки жидким сплавом на основе алюминия пучка волокон карбида кремння ff 10 мкм, помещенных в трубку из глинозема, получен композиционный материал, содержащий, об. о/о: .;..--:-.. .Непрерывные волокна карбида кремния с содержанием вес. % свободного углерода,48 Сплав на основе алюминия, содержащий 0,5 вес. % кремння и 0,5 вес. о/о магнияОстальное Предел прочности на растяжение композиционного материала 130 кгс/мм. Пример 3. Методом вакуумной пропитки был получен композиционный материал, содержащий ,об. %: Непрерывные волокна кар- i бида кремния с содержанием 3 вес.% свободногоуглерода28Сплав на основе алюмнния с содержанием 4,5 вес. /о меди Остальное Предел прочности на растяжение компо зиционного материала 86 кгс/мм. Пример 4. Методом вакуумной пропитк был получен Композиционный материал, со держащий, об. %:

643088 Непрерывные волокна карбида кремния с содержанием 5,5 вес. % свободного углерода34Сплав на основе алюминия, содержащий 0,3 вес. % кремния, 0,6 вес. % железа и 5 вес. о/о мед и Остальное Предел прочности на растяжеиие компоционного материала 103 кгс/мм. Пример 5. Методом горячего прессования и давлении 5 т/см в вакууме при 600°С лучен композиционный материал, содерщий, об. /о: Непрерывные волокна кар-, бида кремния с содержанием 3,0 вес. % свободного уг21 Остальное лерода Алюминий Предел прочности иа растяжение компоционного материала 54 кгс/мм. Пример 6. Методом пропускания непревного волокна карбида кремния 10 мкм одержанием свободного углерода.6 вес. /ь рез расплав алюминия при 800°С в атсфере аргона при скорости подачи см/мин получена проволока 030 мкм. Прел прочности на растяжение проволоки име51 кгс/мм и модуль Юнга 15-10 кгс/мм. Пример 7. Методом вакуумной пропитки композиционный материал, содержанй, об. %: Непрерывные волокна карбида iqwMHHn с содержанием 4, вес. /о свободного углероаа25Сплав на основе магння, содержащий 10 вес. /о А1, . 0,5 вес.о/о марганцаОстальное Предел прочности на растяжение компоционного материала 73 кгс/мм. Пример 8. Методом вакуумной пропитки лучен композиционный материал, содерщий, об. /о: Непрерывные волокна карбида кремния с содержанием 6 вес./о свободного углерода32Сплав на основе магния содержащий 0,6 вес. % пиркония, 2 вес. /о иттрия и 4 вес.°/о цинка Остальное Предел прочности на растяжение компоционного мате{)иала 87 кгс/мм. Пример 9. Методом горячего прессования и давленин 0,5 т/см в атмосфере аргона и 550С из промежуточной заготовки, поченной спеканием непрерывных волокон порошкообразным сплавом на,основе магя, получен композиционный материал с держаиием, об. °/о: Непрерывные волокна карб«Да кремния с содержанием 5 вес. % свободного углеродаСплав на основе магния, содержащий 1,0 вес. % магния, 0,1 вес. % кальция, 0,25 вес. /о кремния, 0,03 вес. 0/0 меди, 0,008 вес.% никеля, 0,2 вес. /о прочих элементовОстальное Предел прочности на растяжение композиционного материала 30 кгс/мм. Пример 10. Методом заливки жидким металлом сплетенных волокон карбидов кремния, разрезанных на диски 100 мм и уложенных на расстоянии 0,02 мм, получен композиционный материал, содержащий, об.о/о: Непрерывные волокна карбида кремния с содержанием 10 вес. /о свободного углерода.25 Сплав на основе магния, содержащий 9,5 вес. /о алюминия, 0,5 вес. °/о марганца, 2,1 вес. °/олинка, 0,2 вес.% кремния, 0,1 вес.% меди. вес. % никеля, 0,25 вес. % Других элемен, тов Остальное Предел прочности на pacfяжeииe композициониого материала 65 кгс/мм. Таким образом, предложенный композиционный материал имеет высокий предел прочности и модуль упругости и может быть рекомеидоваи в качестве коиструкциоииого материала для аппаратов в производстве синтетических волокон, для изделий быта, для автомобилей, кораблей, самолетов, а также для изделий сельскохозяйственной тех-, Формула изобретения 1. Композиционный материал, включающий матрицу из металла, выбранного из группы, содержащей алюминий, магний или их сплавы, и упрочнитель из непрерывных волокон карбида кремния, отличающийся тем, что, с целью повыщения прочностных характеристик, в качестве упрочнителя он содержит карбидные волокна с 0,01 -40 вес.% свободного углерода при следующем соотношении, об. %: Непрерывные волокна карбида кремиия .20-80 Металл, выбранный из группы, содержащий алюминий, магний или их сплавы Остальное 2. Композиционный материал по п. I, отличающийся тем, что в качестве матрицы он содержит сплав на основе алюминия, включающий по крайней мере одни компонент, выбранный из группы, содержащей титан, хром, кремний, марганец и кальций. , 3. Композициоиный материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве матрицы он содержит сплав на основе магния, включающий по крайней мере один компоиеит, выбранный из группы, содержащей алюминий, марганец, цирконий, кальций, чремний, иттрий. Источники информации, принятые во внимаиие при экспертизе 1. Алюминиевые и магниевые сплавы, армированные волокнами, М., «Наука, 1974, с. 146, 150, 152. .