Свойства керметов - Керметы: структура, свойства и применение

Керметы, композиционные материалы, содержащие металлы (или сплавы) и один или нескольких видов керамики. По сравнению с исходными компонентами обладают улучшенными свойствами. Композиции, в которых присутствие керамики улучшает свойства металла, называют дисперсно-упрочненными керметами или инфракерметами, композиции, в которых металл улучшает свойства керамики, - ультракерметами. В качестве керамической составляющей в керметах обычно используют оксиды Al, Be, Mg, Zr, Th, U, карбиды W, Ti, Та, Nb, Cr, бориды Zr, Ti, в качестве металлической - тугоплавкие металлы (W, Mo и др.), металлы группы Fe, легкоплавкие металлы (Си, Al, Mg). К керметам относят также твердые сплавы на основе Ni, Со и карбидов W, Ti, Та, Мо, характеризующиеся высокой твердостью, прочностью, жаростойкостью и жаропрочностью. При выборе исходных компонентов керметов руководствуются принципами их химические, физические и технологические согласования. Химическое согласование предполагает отсутствие химического взаимодействия между керамическими и металлическими составляющими, физическое - отсутствие взаимного растворения при нагревании и необходимое сочетание свойств компонентов (коэффициент теплового расширения, модуль упругости и др.), технологическое согласование-близость температур спекания керамических и металлических составляющих керметов, учет различия значений плотности компонентов, смачиваемость легкоплавким компонентом более тугоплавкого. Для керметов на основе оксидов чаще всего используют металлы, образующие оксиды, изоморфные основному оксидному компоненту керметов, и дающие взаимные твердые растворы. В керметах на основе карбидов используют металлы, не образующие карбидов или ограниченно растворяющие углерод; в керметах на основе нитридов - металлы, не образующие устойчивых нитридов или ограниченно растворяющие азот. Изделия из керметов получают главным образом спеканием, а также пропиткой керамической пористой заготовки расплавленным металлом, осаждением металлов из растворов на поверхности керамических частиц и др. Исходные порошки получают измельчением (иногда совместно) в шаровых, вибрационных и др. мельницах, используя в качестве среды органической жидкости. Для предупреждения расслоения порошков или суспензии вследствие различия плотностей металла и керамики в смесь вводят вязкие жидкости и различные добавки. После высушивания порошки формуют прессованием, шлинкерным литьем, выдавливанием, прокаткой и т. п. Спекание керметов в печах осуществляют в атмосфере инертного газа или в вакууме. На этой стадии стараются избегать окисления, азотирования или карбидизации металла и восстановления оксидов, а также диссоциации нитридов и карбидов. По свойствам и применению различают:

    1) высокотемпературные керметы, используемые для изготовления деталей газовых турбин, арматуры электропечей, в ракетной и реактивной технике и т. д. К этой группе керметов относят, напр., материалы из Аl, О3-Сr, Al2O3-ThO2-Cr-Mo, Аl2О3-W-Cr, а также большую группу керметов на основе карбида Ti с Ni, Со, Сг, Mo, W, Al и их сплавами; 2) твердые износостойкие керметы, используемые для получения деталей, работающих на износ, а также в качестве режущих инструментов. К этой группе керметов относят материалы на основе карбидов и нитридов Ti, Те, Hf и др.; кермет металлический сплав резание 3) керметы, используемые в специальных областях техники:

- в атомных реакторах (тепловыделяющие элементы и др. детали из композиций UO2 Al, MgO-Ni, Аl2О3-Сr),

    - в электротехнике и электронной технике (С-Сu для электрощеток, ThO2-Mo или ThO2-W для усиления эмиссионной способности катодов и др.), -в тормозных устройствах (некоторые фрикционные материалы, содержащие металлические и неметаллические компоненты - Сu, Fe, Ni, Со, Аl2О3, SiO2 и др.).

Свойства керметов зависят от свойств наполнителя и матрицы, а также объемного соотношения и адгезии между ними. Неметаллические фазы в керметах придают им требуемые эксплуатационные характеристики, так как обладают ими в свободном состоянии. Содержание керамической фазы в керметах колеблется от 15 до 85% (по объему). Металлическая матрица в керметах объединяет твердые частицы в единый композиционный материал, обеспечивая изделиям необходимую прочность и пластичность. В качестве металлических компонентов используют -- Cr, Ni, Al, Fe, Со, Ti, Zr и сплавы на их основе.

По природе керамической составляющей керметы делят на:

    -оксидные (Al2O3, Cr2O3, SiO2, ZrO2), -карбидные (SiC, Cr3C2, TiC) -нитридные (TiN), -боридные(Cr2B2, TiB2, ZrB2), -керметы на основе силицидов (MoSi) и других тугоплавких соединений и др.

По применению -- жаропрочные, износостойкие, высокоогнеупорные, коррозионно-стойкие и др.

Микроструктура керметов может представлять собой:

    -керамическую матрицу, внутри которой расположены металлические включения; -металлическую матрицу с изолированными между собой керамическими частицами; -два равноправных каркаса из металла и керамики; -статистическую смесь керамических и металлических частиц.

Похожие статьи




Свойства керметов - Керметы: структура, свойства и применение

Предыдущая | Следующая