Лекция № 7 (2).
Функционально-градиентные материалы.
Функционально-градиентные материалы (ФГМ) привлекают особое внимание в современном материаловедении. В этих материалах локальный состав (а, следовательно, и свойства) изменяются по объему образца в соответствии с некоторой закономерностью. Иногда их называют материалами с заранее спланированной неоднородностью. Поэтому общие характеристики ФГМ и гомогенного материала такого же среднего состава могут значительно отличаться. Это создает возможность для регулирования свойств материала и получения продуктов с необычными характеристиками.
В первом приближении ФГМ можно представить как слоистый материал, поверхностный слой которого по своим эксплуатационным свойствам резко отличается от ниже расположенного объемного материала. Например, стальное изделие с высокопрочным азотированным или карбидным покрытием. Такие поверхностные слои из любых соединений можно получить различными способами. Например, рассмотренным методом магнетронного напыления. Но это поверхностное упрочнение изделия, и основная здесь проблема обусловлена тем, что этот поверхностный слой имеет свою кристаллическую решетку, что неизбежно приводит к внутренним напряжениям на границе покрытие – основа. В ФГМ этой резкой границы нет, а есть плавный переход состава поверхностного слоя в материал основы.
Существует несколько способов получения ФГМ. Нас, в первую очередь, будут, естественно интересовать такие ФГМ, где при получении этих материалов используются НРЧ, или субмикрокристаллические частицы. Но начнем мы с методов получения обычных, крупнокристаллических ФГМ.
Один из методов, уже нашедший промышленное применение, основан на методе СВС-компактирования. В свою очередь, этот метод основан на принципе «куй железо, пока горячо». Действительно, как показано на хорошо известном уже вам слайде, в результате СВС реакции получается продукт, имеющий без всякого нагревательного оборудования, а только за счет внутренней химической энергии, высокую температуру. Поэтому возникла вполне естественная идея, попробовать приварите этот высокотемпературный продукт к подложке, например, стальной, или какой-то другой металлической подложке. Поэтому сущность получения ФГМ методом СВС-компактирования состоит в том, что исходная шихтовая порошковая заготовка составляестся из двух и более слоев различного химического состава. При двухслойной схеме один слой представляет собой реакционную шихту (например, смесь Ti + C + x%Ni), а второй слой – инертный, состоящий из чистого металла или сплава. После СВС верхнего слоя весь образец подвергается прессованию. В качестве примера, на следующем слайде показаны зависимости содержания никеля и твердость ФГМ состава TiC + Ni.
Используя этот подход можно получать самые разнообразные концентрационные профили металл – связка по толщине образца. При этом можно реализовать как симметричные профили, когда максимум содержания связки наблюдается в центре конечного продукта, так и несимметричных. Когда на одной плоскости – минимум связки, а на второй плоскости – чистый металл, или сплав. Установлено, что симметричный профиль формируется в том случае, когда при СВС металлический слой плавится и проникает в пористый твердосплавный слой до приложения давления по механизму капиллярной пропитки. Нессиметричный профиль образуется тогда, когда уплотнение изделия до беспористого состояния происходит раньше, чем металлический слой расплавится. То есть, регулируя теплосодержание исходной СВС смеси и промежуток времени между окончанием экзотермической реакции и приложения давления прессования можно регулировать градиентность твердосплавной системы.
В таблице приведены данные по ударной вязкости и твердости ФГМ СИГМА
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
