1.3. Изготовление полуфабрикатов и деталей
из эвтектических композиционных материалов (ЭКМ)
ЭКМ называются сплавы эвтектического состава, в которых армирующей фазой служат ориентированные волокнистые или пластинчатые кристаллы, образованные в процессе направленной кристаллизации. ЭКМ имеют высокую прочность, близкую к прочности нитевидных кристаллов, и термически стабильную структуру. Из ЭКМ можно получать заготовку и готовые детали за одну операцию при полном отсутствии трудоёмких процессов изготовления волокон и их введения в матрицу. Недостатками ЭКМ являются ограниченность в варьировании объёмного содержания армирующей фазы, повышенные требования к чистоте исходных материалов и точности соблюдения режима направленной кристаллизации, а также небольшие скорости роста кристаллов.
Из методов направленной кристаллизации для получения ЭКМ применимы лишь те, которые создают плоскую поверхность между жидкостью и кристаллизующимся телом, т. е. плоский фронт кристаллизации. Наиболее часто используется метод перемещения расплава в зоне с постоянным температурным градиентом (метод Бриджмена) и метод зонной плавки. Для образования направленной эвтектической структуры режим кристаллизации ЭКМ должен быть таким, чтобы направленная эвтектическая структура не содержала первичных фаз в форме дендритов или ячеек. Для этого требуются высокие температурные градиенты и низкие скорости кристаллизации.
Форма выделяющейся фазы – волокнистая или пластинчатая – зависит от её объёмной доли в ЭКМ и скорости кристаллизации. При объёмной доле армирующей фазы меньше 32 % образуется ЭКМ волокнистой структуры, а при большей её концентрации – пластинчатой. Волокнистое строение предпочтительней с точки зрения прочности. В системах (Al – Al3Ni), (Sn – Zn), (Pb – Ag) с уменьшением скорости направленной кристаллизации структура из волокнистой, переходит в пластинчатую. В эвтектиках (Ni – W), (Au – Co), (Al – Al4Ca) сплавов, наоборот, уменьшение скорости направленной кристаллизации приводит к появлению волокнистой структуры вместо пластинчатой. |