Металлические композиционные материалы с дисперсным упрочнителем, страница 41

В КМДУ упрочняющая фаза может составлять доли микрона и предпочтительными являются системы, в которых компоненты не взаимодействуют и не растворяются друг в друге, а связаны между собой механически и силами Ван-дер-Ваальса. Если реакция на границе раздела возможна, то желательно, чтобы образующиеся продукты реакции препятствовали ее продолжению.

Взаимодействие на границе раздела фаз определяет прочность связи между компонентами КМ и в конечном счете механические свойства. Слабая связь не обеспечивает передачу напряжений от матрицы к упрочнителю, прочная связь уменьшает вязкость или деформацию разрушения.

Решение проблемы межфазного взаимодействия осложняется тем, что металлокомпозиты, как правило, работают при повышенных температурах, а наиболее перспективные матричные сплавы являются более реакционноспособными.

Следует отметить три основных пути решения проблемы: применение защитных покрытий для наполнителя; легирование матричного сплава для уменьшения диффузионных процессов в зоне взаимодействия; оптимизация технологических режимов изготовления КМ.

1.6.1. Система Аl – SiC

Алюминий плохо смачивает карбид кремния, хотя и лучше, чем углерод. Для улучшения смачивания можно повышать температуру расплава, но это может вызвать деградацию упрочнителя, можно легировать матричный расплав, например, повышая содержание магния до 5%.

Процесс смачивания имеет инкубационный период, связанный с возникновением зародышей смачивания, и контролируется скоростью разрушения связи Si–С в карбиде кремния.

Взаимодействие SiC с расплавом алюминия происходит, в основном, по реакции:

 (1).

В результате реакции возникает трехфазное равновесие: непрореагировавший SiС, карбид Аl₄С₃ и тройная фаза Аl-Si-C с очень низким содержанием углерода.

После затвердевания граница раздела состоит из кристаллов Аl₄С₃ и твердого раствора алюминия (Si, С). Соотношение продуктов взаимодействия существенно зависит от содержания примесей в упрочняющей фазе. Возможно также протекание реакций:

                                                   (2),