Теоретический анализ процессов, происходящих при уплотне­нии горячим прессованием одноосноармированных материалов с порошковой матрицей, проведен Л. И. Тучинским [86]. Анализ проводили на примере прессования материала, состоящего из порошковой матрицы, в которой расположены регулярно непре­рывные и недеформированные волокна, образующие орторомби-ческую или гексагональную решетку (рис 69).

Существенное отличие поведения армированного материала при уплотнении в жесткой пресс-форме состоит в том,, что наличие

в нем волокон приводит к неоднородному распределению десрор- ;

маций, в то время как в неармированном материале поле дефор- , маций однородно. Деформации матрицы в^ и е„ являются функ­циями координаты у, а деформация е;, в силу допущения о неде-формируемости волокон и жесткой связи их с матрицей, равна нулю во всех точках материала. На основе континуальной модели ^ пористого тела получены кинетические уравнения уплотнения армированных материалов, установлены закономерности распре­деления пористости и усадки по объему композиции [86].

Не вдаваясь в подробности теоретического анализа решаемой задачи, остановимся на некоторых выводах из этого анализа, д Скорость уплотнения матрицы неоднородна по объему; в направ-;

лении у она уменынаетсся периодически, принимая максимальные | значения в плоскостях, проходящих через оси волокон паралле-1 льно х, и уменьшаясь по мере удаления от этих плоскостей; в про­межутках между волокнами (участок А) скорость уплотнения не |

зависит от координаты у.

Скорость относительной линейной усадки композиции зависит в значительной степени от характера укладки волокна. На рис. 70 показаны расчетные зависимости линейной относительной усадки от приведенного времени т = МР'Ч для материалов с раз- ' ной исходной геометрией (М — коэффициент, зависящий от структуры и температуры; п — параметр, входящий в уравнение | нелинейного вязкого течения; Р—давление прессования). |

Очевидно, что необходимая концентрация армирующих воло- | кон в материале может быть получена путем регулирования как | расстояния между волокнами в слое (параметр Иг), так и рассто- | яния между слоями (параметр h^/r). С точки зрения обеспече- ! ния равномерной плотности по объему в композициях с порошко­вой матрицей, как показали расчеты, целесообразнее выбирать ;

как можно меньший шаг укладки Иг внутри слоя, увеличив соот-ветственно расстояние между слоями в направлении прессования. ,

Для каждой исходной геометрии композиции существует мак- | симально допустимая пористость 9тах/исх, которая может обеспе- | чить получение беспористого композиционного материала в ре- j зультате горячего прессования. Материал с исходной пористостью | 9исх > 9тах/исх всегда будет иметь конечную остаточную порис- | тость (рис. 71). i|

Методом горячего прессования получали твердосплавный ма­териал ВК6 (94% WC, 6% Со), армированный волокнами воль­фрама [69]. Температура прессования составляла 1400—1500° С, давление прессования 100—160 кг/см2, время прессования 3— 5 мин. В этих условиях в процессе прессования образуется жид­кая фаза [Со + (WC)], которая взаимодействует с вольфрамовым волокном, образуя на его поверхности хрупкую фазу. Для предот­вращения взаимодействия на волокно наносили слой карбида циркония толщиной 3—4 мкм методом осаждения из парогазовой фазы. Армирование вольфрамовыми волокнами сплава ВК6 позволило повысить ударную вязкость при комнатной и повы­шенной температурах в 1,5—2,0 раза.

Квернес и Кофштад получали методом прессования и спека­ния композиционный материал на основе никеля, армированный дискретными вольфрамовыми волокнами по следующему режиму:

порошок карбонильного никеля и отрезки вольфрамовой прово­локи диаметром 0,3 мм перемешивали помещали в контейнер и прессовали при давлении 30 т/см2; затем полученную заготовку спекали в атмосфере водорода при температуре 1100° С в течение 1 ч, после чего подвергали горячей ковке при температуре 1100° С. Полученный таким образом материал имел плотность, составляю­щую 98—99% от теоретической.

Свинделс и Ларе [2081 использовали метод порошковой ме­таллургии для получения композиционного материала на основе алюминиевого сплава, армированного одновременно двумя упроч-нителями — волокном типа борсик и нитевидными кристаллами карбида кремния. Введение нитевидных кристаллов, ориенти­рованных в направлении, перпендикулярном к направлению волокон, позволило значительно повысить трансверсальную проч­ность и модуль упругости материала.

Поскольку двойное упрочнение, тем более с использованием щ нитевидных кристаллов, представляет интерес, опишем техно- 'Щ~ логический процесс изготовления такого материала. 1|

В качестве исходных материалов использовали порошок алю- || миниевого сплава 6061 с размером частиц не более 400 меш, во­локна борсик диаметром 145 мкм с прочностью 280 кгс/мм2 и мо­дулем упругости 40,5-Ю3 кгс/мм2 и нитевидные кристаллы р — — SiC диаметром от 1 до 3 мкм и отношением длины к диаметру более 1000 : 1; прочность кристаллов составляла 840— 1050 кгс/мм2, модуль упругости (42—49)108 кгс/мм2.

Вначале изготовляли монослойную ленту из волокон путем намотки их на барабан намоточного устройства. Плотность ук­ладки волокон — 6 ниток на 1 мм. Для фиксирования волокон напыляли сверху слой полистирола. Затем лист разрезали, сни­мали с барабана и нарезали заготовки требуемых размеров.

Отдельно изготовляли ленты, содержащие ориентированные нитевидные кристаллы. Для этого смесь порошка алюминиевого сплава, нитевидных кристаллов перемешивали с пластификатором и подвергали экструзии. В результате экструзии получали лен­точные заготовки размерами 3,2х1,6х76,2 мм. В пресс-форму из коррозионно-стойкой стали размером 76х76 мм укладывали последовательно^ слои волокон и слои, содержащие нитевидные кристаллы и алюминиевый порошок, во взаимно перпендикуляр­ных направлениях. После сборки пресс-форму вместе с уложенным таким образом пакетом вакуумировали и нагревали до темпера­туры 60° С для удаления пластификатора. Горячее прессование осуществляли на вакуумном прессе. Температура медленно под­нималась до 250° С для удаления полистирола (процесс деполи­меризации полистирола начинается при 250° С и заканчивается при 500° С), затем повышалась до 615° С; при этой температуре и давлении 2 т/см2 пакет выдерживали в течение 15 мин и охлаждали в вакууме до комнатной температуры. Полученную заготовку извлекали из пресс-формы и подвергали термической обработке.

Свойства полученного по такой технологии материала в пер­пендикулярном направлению волокон направлении по сравнению со свойствами матричного сплава 6061, полученного по такому же режиму, в зависимости от содержания волокон и нитевидных

кристаллов приведены в табл. 32.

Очевидно, что введение волокон борсик позволяет повысить ! прочность сплава с 26 до 80 кгс/мм2, т. е. более чем в 3 раза, а модуль упругости в 2,5 раза. Однако трансверсальная прочность такого материала, как было показано ранее Прево и Крейдером [194 ], остается на довольно низком уровне и составляет ~24 кгс/мм2. Введение 10% нитевидных кристаллов позволяет повысить ее до 31—32 кгс/мм2; введение 15% ориентированных;