Твердофазные методы получения композиционных материалов — Часть 1

18 Ноя 2013

твердофазные методы

Предварительные замечания

Поверхностные слои металлов, как правило, имеют большое количество кристаллографических и химических несовершенств. Они состоят из сильно диспергированных, беспорядочно расположенных кристаллов с сильно развитой микронеровностью. Кроме того, на поверхности почти всегда присутствуют окислы или сульфиды, адсорбированные слои газов, воды, жиров и других веществ. Все это в значительной мере затрудняет выполнение основного условия для создания прочного соединения между материалами, а именно сближение компонентов до расстояний действия межатомных сил. Поэтому для проявления схватывания, кроме непосредственного контакта чистых поверхностей поликристаллических металлов, необходимо достижение поверхностными атомами определенного энергетического состояния. Всякая подводимая к металлу энергия (теплота, упругая и пластическая деформация кристаллической решетки, ультразвуковые колебания) способствует появлению схватывания. Достаточная прочность сцепления может также достигаться введением в матрицу различных легирующих добавок, применением барьерных покрытий волокон, изменением температурно-временных параметров технологического процесса изготовления композиционных материалов и др.

В процессах изготовления композиционных материалов твердофазными методами исключительное значение имеет подготовка составляющих композиции, которая включает в себя очистку поверхностей от посторонних примесей и равномерную укладку волокон между чередующимися слоями матричного материала.

Реологические зависимости жестко-вязко-пластичного материала

В математической теории пластичности, например, для решения ряда задач применяется модель идеального жестко-пластичного тела, которая предполагает, что при напряжении ниже предела текучести материал ведет себя как «жесткое» несжимаемое тело, при этом предел текучести не зависит от степени деформации и скорости деформации и в координатах Ƭ-Ɛ изображается прямой линией, параллельной оси Ɛ.

Применение в теории пластичности модели идеального жестко-пластичного тела позволило решить некоторые технологические задачи обработки металлов давлением, хорошо подтвержденные опытом. Однако поскольку модель тела предполагает его жесткость при напряжении сдвига ниже константы течения и при достижении этой величины сдвигающие напряжения не зависят от скорости и степени деформации, применение этой модели может дать хорошие результаты только при анализе напряженного состояния в процессах, протекающих при скоростях, незначительно отличающихся по объему очага деформации. В тех случаях, когда приходится сталкиваться с полями линий скольжения, отвечающими значительному интервалу скоростей в объеме очага деформации, применение модели жестко-пластичного тела ставит проблему определения константы сдвига для каждого рассматриваемого процесса. Из этого следует, что выбор в качестве среднего предела текучести значений, полученных из испытаний на растяжение и сжатие в определенных скоростных условиях подвижных органов испытательных машин, не может быть сделан без оговорок на скоростные условия производственного оборудования и осуществляемого на нем технологического процесса.

Считается, что с увеличением скорости деформации металлов при повышенных температурах значительно возрастает напряжение, необходимое для осуществления пластической деформации. Это говорит о том, что металл в нагретом состоянии обладает не только пластическими, но и вязкими свойствами.

Физические явления, протекающие при деформации металлов и чисто вязкой среды, различны, тем не менее, зависимость сопротивления деформированию от скорости деформации носит в обоих случаях близкий характер. Эта зависимость с точки зрения механики и выражает физические свойства среды. Однако в отличие от чисто вязкой среды металлы в нагретом состоянии начинают деформироваться лишь после того, как напряжение достигнет определенной величины, характерной для данного металла и определенной температуры нагрева.

Таким образом, для анализа напряженно-деформированного состояния процессов обработки металлов давлением, характеризующихся неравномерностью деформаций и скоростей в очаге деформации, целесообразно использовать многоэлементную модель жестко-вязко-пластичного тела, отвечающего пропорциональному возрастанию сопротивления при увеличении скорости деформации, причем при напряжении ниже пластической постоянной предполагается, что металл ведет себя как жесткое тело.

Часть 2