Файл: Колпашников, А. И. Армирование цветных металлов и сплавов волокнами.pdf

1)прессование смеси порошков с получением штаби-

ко'в;

2)спекание штабиков в атмосфере водорода;

3)глубокий прогрев металла с целью сварки штаби­ ков при температуре, весьма близкой к температуре плавления;

4)высокотемпературная обработка давлением (рота­ ционная ковка, прокатка на планетарном стане, гидро­ статическое выдавливание) с целью получения компакт­ ной прутковой заготовки. Ротационная ковка вольфрама производится; в две стадии (на первой стадии 8—10 пере­ ходов, на второй 20—30 переходов) с промежуточным от­

жигом при температуре 2200°С в течение 16 мин (диа­ метр I O m im ) . Заготовки, полученные ротационной ковкой, могут иметь расслоения, поэтому в последние годы ин­ тенсивно исследуются оптимальные условия получения заготовок из тугоплавких материалов планетарной про­ каткой и гидроэкструзией;

5)волочение заготовки диаметром 2,75 мм без пред­ варительного отжига;

6)волочение на барабанных станах с промежуточны­ ми отжигами.

Предел прочности вольфрамовой проволоки возраста­ ет с ее утонением (рис. 46) [78]. Предел прочности тон­ чайшей вольфрамовой проволоки составляет 4500— 5000 МН/м2 (450—500 кпс/мм2). Волочение начинают

108

при температуре 900—1000°С, заканчивают-*-лри 600°С. Волочение ведут с коэффициентами вытяжки по перехо­ дам Цед= 1,17-М,21. При этом используют графитовые смазки.

Первый промежуточный отжиг (окислительный) про­ изводят на воздухе в газовом пламени при температуре 900—1000°С. Когда проволока достигает диаметра 0,5 мм, ее отжигают. Затем производят еще два глубоких отжига проволоки диаметром 0,3 мм и 120 мкм. Темпера­ туру отжига варьируют в зависимости от фактических свойств проволоки. В результате каждого отжига предел прочности может снижаться .на 30%.

После окончания волочения (минимальный диаметр обычно составляет 20 мкм) вольфрамовую проволоку, как правило, отжигают. При температурах отжига выше ЮО0°€ прочность проволоки заметно снижается [79].

'.Поверхность вольфрамовой проволоки очищают от смазки электролитической обработкой. Поэтому произво­ дят нитевой отжиг при температуре 900—ЗОСКНС в атмо­ сфере увлажненного водорода со скоростью 2,5 м/мин при расходе водорода 300 л/ч.

Производство молибденовой проволоки характеризу­ ется технологической схемой, весьма сходной с рассмот­

Молибденовая проволока имеет предел прочности при

Молибденовую проволоку отжигают при температу­ рах 800°С в атмосфере водорода в течение 3—8 мин во избежание разупрочнения проволоки (рис. 47).

Помимо тянутых проволочных волокон, для армиро­ вания можно использовать другие виды металлических волокон. В частности, для этой цели производят металли­ ческую шерсть — волокна с сечением остроугольного треугольника, получаемые шевингованием проволоки.

109

При шевинговании проволока проходит ряд строгающих блоков. Получаются нити длиной до 30 м. Этот вид инструментальных волокон легче оцепляется с матрицей [80], но реальная прочность таких волокон ниже, чем у проволоки. Кроме того, металлическая шерсть дороже проволочных волокон.

Металлические волокна можно получать также рез­ кой (шлицеванием) фольги.

Наконец, металлические волокна можно получать не­ посредственно из расплавов. Например, волокна из рас­ плавов алюминия, меди, магния, свинца, цинка, серебра и олова, сплавов на основе этих металлов и сталей экструди­ руют на вращающийся барабан или диск. -Под действием центробежных сил волокна вытягиваются до диаметра 4—75 мкм и приобретают совершенную поверхность.

Все перечисленные новые процессы получения воло­ кон, к сожалению, пока мало производительны.

4. ОКИСНЫЕ, КАРБИДНЫЕ И ДРУГИЕ ВОЛОКНА. ВОЛОКНИСТЫЕ МОНОКРИСТАЛЛЫ

Поликристалл'ические волокна сравнительно недоро­ ги, имеют большую длину и высокие прочностные харак­ теристики, несколько уступающие характеристикам во­ локнистых монокристаллов [81]. Этот вид волокон полу­ чают из окиси алюминия, нитрида бора, окиси хрома, дву­ окиси кремния, окиси железа, двуокиси титана, двуокиси урана, силиката циркония, цирконата бария, титаната бария, углерода, графита и др.

По существу все процессы получения волокон включа­ ют три основные стадии [2]:

4) приготовление суспензии либо коллоидального раствора;

2)экструдирование вязкой массы (формовка);

3)термическая обработка (обжиг) для удаления вла­

ги и органического связующего компонента, а также стабилизации кристаллической структуры волокна.

Второй стадии иногда не бывает. Рассмотрим пример получения окисных волокон в две стадии (первую и третью). На первой стадии растворяют металлы (Al, Fe, Mn, Ni, Cr, Со, Nb, Та, Th, Zr, Hf и др.) в уксусной,

лимонной, муравьиной, молочной, малеиновой илищтаконовой кислоте свозможной добавкой минеральных кислот до рН = 4. После предварительной фильтрации раствор выливают на лист стекла и нагревают до 80°С. По мере ис­

110

лоски толщиной в несколько микронов, ширина которых в 2—3 раза больше толщины, длина ^ 30 мм. После обжига в печи с воздушной атмосферой при температуре 1200°С получают волокна окисной керамики.

В качестве примеров использования всех возможныхтиповых стадий производства рассмотрим процессы по­ лучения волокон окиси алюминия. На первой стадии при­ готовляют 50%-ный раствор формоацетата алюминия

А1,(ОН) (СН02) (С2Нй0 2), порошок которого размешива­ ют в воде с добавкой 10% -ной винной кислоты, нагрева­ ют до 50—^80°'С и некоторое время выдерживают. Затем производят вакуумирование раствора (при 25°С), в ре­ зультате чего удаляются воздух, вода и остатки свобод­ ной кислоты. Выдержку в вакууме продолжают до тех пор, пока вязкость не достигнет 2000—2500 П. Вязкий раствор (рис. 48) заливают в резервуар, -герметизируе­ мый сверху жидким азотом (давление 0,1—0,2 ат). Раст­

111

вор «выда1вливается»из резервуара в шестеренчатый на­ сос, число оборотов которого регулируется в соответст­ вии с требуемым давлением в питающем трубопроводе. Для предупреждения возможности попадания в фильеры твердых инородных частиц или частиц из осадка раство­ ра на пути последнего установлен пористый фильтр. По­ стоянство вязости раствора достигается использованием «изотермической бани». Фильеры для формования воло­ кон окиси алюминия аналогичны используемым для по­ лучения искусственного шелка'— платиновые стаканчики диаметром и глубиной 12 м-м с отверстиями диаметром 0,127 мм (число отверстий 15 я более) и высотой 0,25— 0,5 мм. Волокна, выходящие из фильеры, попадают в по­ ток теплого воздуха, происходит испарение воды, и во­ локна дополнительно вытягиваются ,при намотке на ба­ рабан. При этом диаметр волокон уменьшается до 10— 2'5 мкм. После сушки волокна медленно нагревают до Ш00°С. В интервале 500—700°С органическое вещество выгорает, и остается аморфная окись алюминия. При достижении температуры 1000°С образуется хмодификация у-АЬОз, при более высоких температурах — корун­ довая модификация а-А120 3 [2].

Волокна окиси алюминия диаметром 6—60 мкм и длиной 15—20 м можно получить экструзией массы при давлении 10—15 МН/м2 (100—150 кгс/см2); масса, помимо пластификатора СК-40, содержит стабилизирую­ щую добавку— 2% ,СаО [82].

Предел прочности лоликристаллических волокон оки­

Для производства стеклянных волокон применяют либо щелочные алюмосиликатные, либо малощелочные алюмобюрсиликатные стекла.

Для получения стекловолокна существуют три основ­ ных способа:

1) вытягивание волокон из рааплавленой массы через фильеры;

2) вытягивание волокон из стеклянных штабиков при их разогреве;

8) получение волокон расчленением струй стекломас­ сы под воздействием центробежных сил или -воздействн-

112