Композиционный материал

Композиционный материал

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАН ИЕ изоьгетения

< 533654

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09. 10.75 (21) 2178919/01 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.10.76. Бюллетень М 40 (45) Дата опубликования описания 12.11.76 (51) М К ч е С 22 С 1/09

С 22 С 14/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 669.295 781 71:621.762 (088.8) (72) Авторы изобретения K. И. Портной, С. Е. Салибеков, В. М. Чубаров, В. В. Сахаров, Л. В. Грачев, Н. Н. Никитина, В. К. Следков, Г. А. Красильников, И. Л. Светлов, М. М. Мартынова, A. И. Хорев, В. Ф. Калугин и Е. В. Самарин (71) Заявитель (54) КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

Титановый сплав 10 — 35

Алюминий 30 — 50

Борное воло!кно 30 — 50

Борное волокно 35 — 45

Алюминий 15 — 29

Титановый сплав Остальное

Изобретение относится к,композиционным материалам, "îòîðûå могут быть использованы B авиационной и космической технике.

Из вестен композиционный материал, состоящий из алюминиевой или титановой матрицы, армированной барным волокном (1 j.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является композиционный материал, имеющий следующий состав, /о..

Борное волокно может быть покрыто карбидом кремния.

Материал получают методом намотки борного волокна на поверхность фольги из тита нового сплава, последующего нанесения на поверхность фольги и.намотанного на нее борного волокна методом .плазменного напыления слоя алюми ниевого сплава, сбор ки полученHbIx та.ким образом монослойных лент в пакет и их диффузионного соединения методом горячего прессования.

Известный материал содержит в составе матрицы довольно большое количество сравнительно малопрочного алюминиевото сплава и при,высоких (-500 С) температурах из-за сильного разупрочне ия алюминиевого сплава имеет низкие прочностные свойства в направлениях, отличных от нгправлеиия укладки борыого волокна. Другим недостатком известного материала является то, что борные волокна в нем соприкасаются с поверхностью титановой фольги. Это приводит,к тому, чт в процессе его работы длительное:время при высоцких (400 — 500 С) температурах .происходит взаимодействие титана с борным волокном, приводящее к потере й1рочности и деградациии волокна.

Целью изобретения является повышение про енoсти композиционного материала пр:.t температурах до 500 С.

Для достижения указанной цели предло жен композиционный материал с матрицей из титанового и алюминиевого сплава и упрочнителем из однонаправленно,о борного. волокна, который отличается от известного тем, что содержит компоненты,B следующих соотношениях, об. "/о:

При этом борное волокно, окруженное алюминиевой составляющей матрицы, не имеет непосредстветеного,контакта с титановым

533654

Сплав ВТ23 38,7

Алюминий 24,7

Борисе волакно Зб,б

Таблица 1

Содержание компонентов, об.

Предел прочности, кг/мм2 поперек волокна вдоль волокна при температуре, С титановый, сплав борное волокно ал оминпй

500 20

500!

35,5 ) 74,8 44,3

81,2,49,4

80,4 55,9

29,3

92,3

35,2

30,3

39,9 ) (44,8 ) 44,7

15,4

106,8

33,8

38,3

16,9

104,2

38,0

29,3

35,5 ) 35,2

91,8

80,3

39,!

47,4

84,9

44,7

15,4

39,92) 104,7

51,2

41,2

44,8 ) 16,9

29,3! 15,4

38,3

105,9

82,1 о7,0

46,8

35,2

35,5 ) (39,92) 942 624

107,1 68,3

44,1

23,9

44,7

26,1

48,4

38 3 ) 16 9 44 82) 105,8

67,2

55,6

29,5

60,4 41,2 (35 14) 15,3 49,6 ) 98,9

76,3

Титановый сплав ВТ23, содержащий, вес. %;

4 — 5 А!, 1,5 — 2,5 Мо, 4 — 5 1, 0,8 — 1,4 Cr, 0,4 — 0,8 Fe, остальное титан.

Титаповын сплав ВТ1 5, содержащий, вес. %:

2,3 — 3,6 А1, 6,8 — 8,2 Мо, 9,5 — 11,0 Cr, остальное титан.

Титановый сплав ВТ6, содержащий, вес. %:

5,5 — 6,8 А1, 3,8 — 4,8 1, остальное титан.

Борное волокно с покрытием пз карбида кремния толщиной 2 — 4 л>кль

2) 4) сплавом. Наряду с борным волокном без покрытия может применяться бор ное волокно с по!!ерытием, иапример из карбида кремния.

Повышенное аодержание,в м атрице титанового сплава поз воляет значительно повысить;Ilðo÷ío ñòü композиционного материала в направлениях, отличных от направления укладки борного воло кна, а также iB направлении укладчики воло!кна при температурах до

500 С.

Применение алюминия, окружающето борные волокна, исключает непосредственный контакт, а следовательно и взаимодействие титана с борнььм волокном, и разу прочнецие послед него в процессе получения материала и его эксплуатации !гари высо!ких температурах. Это позволяет применять m качестве упрочнителя наряду с борным волокном, IIQIKpblтым нарбисдом кремния, борное во IoiKHo без

DOIKP bI THH.

Пример. Для изготовления композиционно го материала, применялась фольга титанового сплава ВТ23 толщиной 50 мкм, борное BQJlotNHQ диаметром 0,1 мм, уложенное в одном на!правлении с шагом 0,12 мм, и алюминиевая фольта АД1 толщиной 20 мкм. Из указанных,компоне>итров набирался .пакет, состоящий из чередующихся слоев фольги тита нового сплава, алюминия и бор!ного волоа<на, уложенных таким образом, что в,контакте с барным волокном находилась только фольга алюминия.

Из получен!ного таким образом па,кета методом диффузионной сварки под давле нием в вакууме получали композиционный материал по следующему режиму: температура 580 С; удельное давление прессования

500 кг/см, время выдержки 10 — 12 мин; вакуу м 1х10 " мм рт. ст.

Коем!позиционный материал содержал, 10 об %.

Полученный композиционный материал имел предел !прочности в налравлении укладки борного воло!кна при 20 С вЂ” 86,2 и при

500 С вЂ” 72,6 кг/мм2, а в поперечном направ20 ленин при !20 С 44,3 и при 500 С

30,2 кг/мм .

Применяя фольгу титанового сплава и алюминия различ ной толщины и изменяя шаг укладки б орного волокна по режим!у, 25 при веденному iB примере, получали:композиции с однонаправленной укладкой волокна и различным содержанием компонентов. При этом применялись фольги из различных титановых сплавов и борные волокна без Ilo30 !крытия и с покрытием из карбида кремния.

Составы композиций и результаты их испытаний приведены в табл. 1.

533654 ного материала.

Таблица 2

Предел прочности, кг/л м-

Содержание компонентов, об. вдоль волокна поперек волокна при температуре, С борное волокно ) алюминий титан

400

200

300

17,6

110

42 ) 16

28

43 ) 73

36

33з) 108

43,4

31 ) 36

6,3

48З) !

4,8

37

26,5

4 (3) 25

40) 18,9

8,6

42

35 ) ЗЗ4) 44,5

34,5

32 47З) 15

21,8

13,1

216) 28,9 23,2

З5) 20,4

39 ) 19

42

":) Борное волокно с покрытием из карбида кремния толщиной 2,5 — 4,2 лкм. ) Алюминиевый сплав, содержащий, вес. /о..

4,5 Сн, 1,5 Mg, 0,6 Мп, остальное алюмпни|ь ) Алюминиевый сплав, содержащий, вес.

9 Si, остальное алюминий. ) Алюминиевый сплав, содержащий, вес. %:

1 Мд, 0,5 Si, остальное алюминий.

4) Титановый сплав, содержащий, вес. %:

6 А1, 4 V, остальное титан. ) Алюминиевый сплав, содержащий 6,3 вес. % Cu. ) Сплав,6 — Ti.

Алюминий

Bopíoå волокно

Титановый сплав

15 — 29

35 — 45

Остальное

Составитель В. Нарва

Редактор Е. Шепелева Текред В. Рыбакова Корректор И. Симкина

Заказ 955/1461 Пзд. ¹ 1739 Тираж 764 Под шсное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5Ê-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент».

Для сопоставления в табл. 2 приведены составы и свойства известного композиционСопоста!вление данных, приведенных в табл. 1 и 2, показывает, что при наличии прочности в направлении укладчики BOJIOKHB, сохра няющейся на хорошем уровне до тем пературы 500 С, предложенный композиционный материал имеет высокую !прочность в направлении, перпендикулярном направлению укладки волокна как при комнатной, так и при теипературе 500 С и значительно (вплоть до 2 раз) .превышает аналогичную характеристи ку известного материала при температуре

400 С.

Формула изобретения

Композиционный материал, содержащий титановый сплав, алюминий и борное волокно, отличающийся тем, что, с .целью повышения прочности,при температурах до

500 С, он содержит компоненты в следующих соотношениях, об. %:

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Light Ме1а1 Age», 1970, 28, № 7 — 8, с. 12 — 13.

2. Патент США № 3575783, 161 — 143, 1971.