В данной коллективной монографии огражены практически все вопросы, связанные с получением и исследованием нитевидных кристаллов (монокристальных волокон), а также нх применением для армирования материалов. В книге подчеркнуты как достижения, так и нерешенные задачи по конструированию композитов, показаны их многообещающие возможности, особенно при совместном использовании двух-трех армирующих средств, подведены итоги исследований практических композиционных материалов, которые могут найти применение при изготовлении газовых т~ур5иБ, ракетных двигателей, самолетов, вертолетов, глубоководных, аппаратов-
Книга значительно модернизирована посредством включения сведений из более поздних публикаций авгоров. Она богато иллюстрирована и снабжена обширной библиографией-
Книга предназначена для теоретиков и практиков конструкторских, технологических и м атериаловед.чесьж специальностей по новой технике, а также инженерно-технического персонала машиностроительных научно-исследовательских срганнзаций и заводских лабораторий.
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Развитие современной техники требует создания конструкционных материалов с более высокой прочностью, с улучшенными другими важными характеристиками в широком интервале температур. Нельзя сказать, что эти характеристики не улучшаются, однако темпы продвижения вперед в данном направлении пока не отвечают задачам научно-технического прогресса.
В последнее время ученые уделяют много внимания разработке композиционных материалов, этому принципиально новому классу гетерогенных структур, которые состоят из металлических или полимерных матриц с равномерно распределенными в них непрерывными или дискретными волокнами и нитевидными кристаллами. На этом пути достигнуты значительные успехи по повышению удельной прочности, жесткости и другим показателям новых прогрессивных материалов. Важнейшее значение в решении этой проблемы имело получение весьма высокопрочных и высокомодульных нитевидных кристаллов и монокристальных непрерывных волокон, используемых для армирования металлических материалов. Волокнистые упрочнители нового класса позволяют создавать композиционные материалы с заданным сочетанием свойств. Регулируя в них объемное содержание компонентов, можно в зависимости от назначения получать материалы с требующимися характеристиками — прочностными, радиопрозрачными, магнитными, диэлектрическими и другими специальными свойствами. Добиться этого от обычных сплавов и прежними способами нельзя. Здесь потребовались новые конструкторские и технологические подходы и решения.
Комбинирование жестких — и потому обладающих большими резервами прочности — волокон с непрерывной матрицей позволяет, если не устранить до конца, то хотя бы локализовать опасность, связанную с хрупким разрушением волокон и реализовать таким образом ценнейшие свойства волокнистых материалов: высокий модуль упругости, большую потенциальную прочность и жаропрочность. Принципиальная линия здесь ясна. К тому же мы вправе уповать на известное совершенство живой природы: ведь ее конструкции едва ли не сплошь построены из волокнистых материалов!
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие к русскому изданию................... 5
ЧАСТЬ I. ВЫРАЩИВАНИЕ НИТЕВИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ И МОНОКРИСТАЛЬНЫХ ВОЛОКОН
1. У. Кэмпбелл. Выращивание нитевидных кристаллов посредством па-
рофазных реакций...................... ц
Введение........................... ц
Основы процесса........................' 13
Практика выращивания нитевидных кристаллов........ 14
Принципы парофазного выращивания нитевидных кристаллов . . 30
Практика парофазного выращивания нитевидных кристаллов . . 37
Заключение........................... 41
2. Р. Вагнер. Рост кристаллов по механизму пар •—»- жидкость —*• кри-
сталл ............................ 42
Экспериментальные факты, приводящие к концепции ПЖК-меха-
низма............................. 42
Рост кристаллов по ПЖК-мёханизму.............. 56
Управляемое ПЖК-выращивание нитевидных кристаллов кремния 67 Дефекты в кристаллах кремния, выращенных по ПЖК-механизму 80 Механизм ветвления и образования „изгибов в ПЖК-процессе . . 95 Сводка веществ, кристаллы которых выращивались по ПЖК-механизму............................ 111
Заключительные замечания................... 113
3. А. Млавски и Г. Лабелль. Выращивание непрерывных монокристаль-
ных волокон из расплава................... 115
Введение........................... 115
Историческая справка..................... 116
Опыты по выращиванию.................... 117
Механические свойства..................... 127
ЧАСТЬ И, МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НИТЕВИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ И МОНОКРИСТАЛЬНЫХ ВОЛОКОН
4. Р. Келси. Механические .испытания монокристальных волокон . 129
Введение............................ 129
Испытания на растяжение................... 130
Разрывные машины...................... 132
Отбор и крепление образцов........... . 133
Рабочая длина и площадь поперечного сечения образцов .... ^5
Конструкция испытательных устройств............ 137
. Измерение упругих модулей............•...... 175
Выводы.................... . . 147
462
". Р. Механ и И. Герцог. Механические свойства нитевидных кристаллов 148
Введение........................... 148
Свойства нитевидных кристаллов................ 160
Механизмы деформации- и разрушения ............... 173
Задачи на будущее....................... 183
ЧАСТЬ III. МЕХАНИКА. АРМИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ И СПОСОБЫ АРМИРОВАНИЯ
6. Б. Розен, и Э. Фридман- Механик а армированных материалов .... 184
Введение............................ 184
Определение свойств...........г........... 185
Упругие свойства....................... 188
Распределение напряжений................... 203
Прочность при растяжении................... 212
7. А. Левитт и С. Вулф. Связь лоно кристальных волокон с матрицей и
взаимодействие между нижи.................. 220
Введение........................... 220
Определение границы раздела компонентов и ее функции .... 221
Смачивание................-.......... 223
Связь на границе раздела . - ,................ 231
Химическая стабильность . .................. 234
Механическая устойчивость................... 237
Шпинели на поверхностях раздела............... 243
Выводы............................ 244
8. А. Келли. Поверхность раздела компонентов и работа разрушения во-
локнистого композита ..... ................. 246
Введение ............................ 246
Напряжения у места разрыва................. 247
Механика разрушения..................... 250
Вытягивание волокон..................... 251
Разрушение композита.................... 256
Оптимальный размер волокна...............^. . 263
9. У. Саттон. Принципы и спосебы армирования монокристальными во-
локнами............................ 268
Введение............................ 268
факторы, подлежащие учегу при изготовлении композитов .. . . 269
Выбор компонентов и гехлсжогня производства композитов . . . 293
Типы нитевидных кристалио! ................. 294
Переработка нитевидных, кристаллов и технология композитного
производства.......................... 298
Технология производства композитов............. 310
Дискуссия............................ 327
Выводы............................ 330
10. М. Залкинд, Ф. Лейке и. Ф. Дтордж. Кристаллизация эвтектик как
способ армирования монокристальными волокнами........ 332
Введение........................... 332
Историческая справка..................... 336
Механические свойства направленно закристаллизованных эвтектик 343
Эвтектические композиты дш практического использования . . 362
Свойства монокристальных волокон, извлеченных из эвтектик . 364
Монокристальные волокна лрэка................ 367
Монокристальные волокна иккелида Al3Ni........... 370
Монокристальные волокна жарбида Nb2C............ 37|
Неконструкционные прил оас«ни я ориентированных эвтектик . . 373
Перспективы использования эвтектических композитов..... 377
463
ЧАСТЬ IV. СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
11. Д. Шустер и Э. Скала. Свойства композитов на основе монокристаль-
ных волокон.......................... 379
Введение и основные положения............... 379
Взаимодействие между волокном и матрицей........./ 380
Параметр волокна (отношение длины к диаметру)....... 381
Объемная доля волокон.................... 384
Растяжение композита..................... 387
Высокотемпературные свойства................. 397
Усталость........................... 403
Заключительные замечания................... 409
12. 3. Вольф и Т. Василос. Области применения материалов, армирован-
ных монокристальными волокнами.............. . 412
Введение........................... 412
Специальные приложения................... 413
Общие вопросы применения композитов ............ 325
Дискуссия........................... 435
Выводы............................ 437
Литература............................. 440
Авторы................................ 460
Указатель монокристальных материалов................ 461
Цена: 300руб.
