Способ определения критической длины самопроизвольного изгиба волокон и нитевидных кристаллов Советский патент 1982 года по МПК G01N13/02 

393

ми минимальный главный момент инерции поперечного сечения волокна, м ; GI .межфазное или поверхностное

натяжение материала волокна. Н/м :

b - периметр поперечного сечения, м;

JU - коэффициент учитывающий характер закрепления концов волокна (коэффициент приведения длины).

Примеры реализации способа. П р м е р 1. Определение критической длины самопроизвольного изгиба кварцевых волокон.

Из партии исследуемых волокон выбирают волокно диаметром около 8-10 мкм и длиной 0-50 мм. На концах волокна методом обжима закрепляют никелевые пластинки с отверстиями. Масса каждой пластинки должна быть не более 0,2-0,3 г, С помощью верхней пластинки волокно закрепляют в микроштативе из жаростойкого сплава и устанавливают в муфельную печь. Нагрев печи производят со скоростью не более 5 градусов в минуту. Отжиг проводят при 1200-1250 К не мене 6 ч. Охлаждение образца производят вместе с печью со скоростью не боле 2 градусов в минуту. При комнатной температуре производят ступенчатое нагружение волокна в пределах упругой деформации. Измерение удлинения образ ца под нагрузкой производят с помощью развернутой на 90 градусов оптической системы микроскопа МВС-2. По полученным из эксперимента величинам удлинения кварцевого волокна в зависимости от растягивающей нагрузки определяют модуль упругости. Величину поверхностного натяжения кварца в твердом состоянии можно взять из справочной литературы. Критическую длину самопроизвольного изгиба волокна определяют по формуле (1) подставив в нее найденные величины Е 10 Па; ( И/и;

1,12; 1 ; b -jrd; .

Пример2. Из партии исследуемых кристаллов нитрида алюминия выбирают пластинчатый кристалл нитрида алюминия длиной не менее 20 мм. Кристалл помещают в кварцевую трубку. Отверстия трубки закрывают пористыми пробками из кварцевого волокна. Трубку помещают s муфельную печь и

74

нагревают со скоростью не более 5 градусов в минуту до . Выдерживают эту температуру в печи не менее ч, затем снижают ее до со скоростью не более 3 градуса в минуту. Отожженный кристалл закрепляют в зажимах ультразвуковой установки для измерения скорости звука. Расстояние между зажимом-излучателем и зажимом-детектором 15 мм. Отсчет времени прохождения импульса длительностью 0,1 МКС производят с помощью электронно-счетного частотомера типа 43-33. По известной формуле, связывающей скорость звука в твердом теле его модуль упругости и плотность, находят модуль упругости Е отожженного кристалла.

3,9-10 3, 799-10 н/м

где а - скорость звука в исследуемом кристалле нитрида алюминия, найденная р эксперименте и равная 9870 м/с; Р- 3900 кг/м плотность нитрида

алюминия.

Поверхностное натяжение нитрида алюминия определяется методом резонанных колебаний консольного микростержня. Найденное этим методом значение поверхностного натяжения твердого нитрида алюминия равно Н/м.

По полученным данным рассчитывают критическую длину.

Таким образом, при длине волокон наполнителя больше найденных значений критической длины, волокна в композиционном материале в процессе тепловой обработки будут деформироваться больше, чем в том случае, когда волокна меньше критической длины. Снижение деформации волокон за счет самопроизвольного изгиба под действием сил поверхностного натяжения уменьшает усадку и дает увеличение процента выхода годных изделий.

Использование способа определения критической длины самопроизвольного изгиба волокон, нитевидных кристаллов и других наполнителей облегчит под-, бор компонентов для создания композиционных материалов с заданными физико-механическими свойствами.

Формула изобретения

Способ определения критической длины самопроизвольного изгиба воло5кон и нитевидных кристаллов, отл чающийся тем, что производя отжиг образца, измеряют модуль продольной упругости и поверхностное натяжение образца, а искомую величину рассчитывают по формуле: р .. ко V -/У1. „ ГЬ наименьшая длина волокна, при превышении которой вол но самопроизвольно изгибается под действием сил поверхностного натяжения, м; модуль продольной упругости материала волокна, Н/м ; минимальный главный момент инерции поперечного сечения волокна, межфазное или поверхностное натяжение материала волокна, Н/м; периметр поперечного сечения, м; коэффициент, учитывающий характер закрепления концов волокна (коэффициент приведения длины).