22
1 MATERIALE COMPOZITE CU MATRICE METALICA Student: OMELCO GEORGE Anul II MASTER Stiinta Materialelor Metalice Avansate UNIVERSITATEA “DUNAREA DE JOS” DIN GALATI FACULTATEA DE METALURGIE SI STIINTA MATERIALELOR

Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

1

MATERIALE COMPOZITE

CU MATRICE METALICA

Student: OMELCO GEORGEAnul II MASTERStiinta Materialelor Metalice Avansate

UNIVERSITATEA “DUNAREA DE JOS” DIN GALATIFACULTATEA DE METALURGIE SI STIINTA MATERIALELOR

Page 2: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

2

Clasificarea materialelor compozite:1) După starea de agregare a matricei şi a materialului dispersa;2) După natura matricei;3) După configuraţia geometrică a materialului complementar;4) După modul de distribuţie a materialului complementar;5) După modul de realizare a suprafeţei de contact;6) După mărimea materialului complementar.

Matricea materialelor compozite durificate cu fibre: matricea polimerica: cu temperatura de lucru < 200 °C; matricea metalica: cu temperatura de lucru < 600 °C; matricea ceramica: cu temperatura de lucru > 2500 °C.

Page 3: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

3

In comparaţie cu metalele monolitice MMC-urile prezintă următoarele avantaje:rezistenţă ridicată raportată la densitate;rigiditate ridicată raportată la densitate;bună rezistenţă la oboseală;proprietăţi bune la temperaturi ridicate:rezistenţă ridicată;viteză scăzută de propagare a fisurii;coeficient redus de dilatare termică;bună rezistenţă la umiditate.

Câteva dezavantaje în comparaţie cu metalele monolitice sau cu compozitele cu matrice polimeră sunt:cost ridicat pentru anumite sisteme de materiale;tehnologie de fabricaţie ralativ imatură;metodele de fabricaţie devin complexe pentru sistemele cu armare prin fibre (exceptând turnarea);experienţă în exploatare limitată.

Page 4: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

4

Armăturile pentru MMC-uriArmăturile MMC-urilor pot fi împărţite în 5 mari categorii: fibre continui, fibre

discontinui, cristale filament, particule şi sârme. Cu excepţia sârmelor, care sunt metalice, armăturile sunt în general de natură ceramică. Fibrele continui includ materiale ca: bor, grafit (carbon), alumină şi Si-C.

Anumiţi furnizori produc fibre continui din alumină si fibre discontinui din alumina şi Al-Si

Fibre continui Fibre discontinui

Cele mai utilizate cristale filament sunt cele fabricate din Si-C. Ca armături pentru matricile metalice sunt utilizate un număr mare de fibre metalice, incluzând aici tungstenul, beriliul, titanul şi molibdenul.

Page 5: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

5

   Analiză prin microscopie electronică SEM: Cu acoperit cu fibre

de SiC

Page 6: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

6

Microstructura unei probe din materialul compozit AlSi7Mg

O caracteristică importantă a MMC-urilor, şi care este împărtăşită de toate materialele compozite, este că, printr-o selecţie optimă a materialelor matricii, a armăturilor şi a orientării straturilor este posibil de a „dirija” proprietăţile şi caracteristicile componentei finale, care sunt necesare în aplicaţia respectivă. De exemplu, în anumite limite, există posibilitatea de a specifica rezistenţa şi rigiditatea într-o anumită direcţie, coeficientul de dilatare termică pe altă direcţie

Page 7: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

7

Astfel, pentru aplicatiile in care este importanta reducerea greutatii, iar conditiile de exploatare nu includ incarcari si temperaturi foarte mari, compozitele SiCp/Al sunt foarte potrivite prin calitatile de rigiditate, rezistenta mecanica si la uzura, avand si avantajul proprietatilor aproximativ izotrope si al obtinerii prin tehnologii uzuale.

Combinarea aluminiului cu alumina poate duce deasemenea, la compozite cu proprietati mecanice crescute.

Page 8: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

8

Compozite bazate pe compusi intermetaliciUn pas important in dezvoltarea compozitelor metalice il reprezinta folosirea

compusilor intermetalici - combinatii din cel putin doua elemente chimice clasa metalelor care au proprietatea ca energia de interactiune dintre spectre diferite de atomi este mai mare decat intre atomii aceleiasi specii.

Se caracterizeaza prin structuri cristaline proprii, deosebite de cele ale constituentilor si care sunt ordonate in mult mai mare masura decat structurile aliajelor obisnuite. Aceasta face foarte dificila producerea dislocatiilor, ceea ce explica (in parte) mentinerea pana la tcmperaturi ridicate a calitatilor mecanice ale compusjlor intermetalici.

Un exemplu tipic sunt compusii de Ni si Al intariti cu fibre ceramice

Material compozit matrice AlSi7Mg / inserţie particule din SiC

Microstructura aliajului Ti-Ni-Nb

Page 9: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

9

Trebuie semnalat ca in categoria compusilor intermetalici se inscriu si aliajele cu memoria formei, ale caror aplicatii cunosc o extindere tot mai mare. Este important, intre altele, ca acesti compusi nu contin metale rare, astfel au preturi relativ mici.

Un aliaj cu memoria formei are particularitatea ca poate fi deformarea plastica cu usurinta, dar aceasta deformatie poate fi indepartata prin incalzirea la o anumita temperatura, facand sa se revina spontan la forma inititiala a piesei.

Page 10: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

10

Metode de fabricareMetodele curente pot fi împărţite în două categorii majore: primare şi secundare.

Metodele primare de fabricare sunt utilizate pentru a fabrica MMC-uri din constituenţii acestora. Materialul poate rezulta direct cu forma finală sau poate necesita prelucări suplimentare semnificative numite fabricaţie secundară, cum ar fi: formarea, roluirea, presarea şi anumite procese mecanice. Aceste procese depind de tipul armăturii şi al matricii.

Fibrele monofilament cu diametrul relativ ridicat sunt încorporate în matricile din metal prin presarea la cald a matricii. In aceste condiţii, metalul curge în jurul fibrelor apărând legături de difuzie.

Page 11: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

11Schema de realizare a unui catod sinterizat din amestec precompozit [TiO2,

Al2O3, V2O5 şi SiC].

Page 12: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

12

Compozitele pot fi fabricate şi prin infiltrarea metalului lichid în interiorul unei configuraţii de fibre prearanjate. In mod frecvent, pentru menţinerea fibrelor pe poziţie sunt utilizate materiale ceramice sau organice de legătură. Acestea din urmă sunt arse înainte sau după infiltrare. Infiltrarea poate fi făcută sub vacuum, presiune sau ambele. Infiltrarea sub presiune presupune trecerea fibrelor prin materialul matriţei.

Page 13: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

13

Page 14: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

14

In acest moment cele mai comune metode de fabricare a compozitelor grafit/Al şi grafit/Mg sunt prin infiltrare. Firele „toarse” din grafit trec prima dată prin cuptor pentru a fi arse. Următorul pas îl reprezintă trecerea printr-un proces CVD care produce acoperirea cu Ti sau B care uşurează legarea ulterioară la materialul matricii.

Apoi, acest ansamlu este trecut printr-o „ceaţă” de metal topit producându-se legarea prin infiltrare a fibrelor. In operaţia secundară sunt produse plăci sau alte forme structurale prin plasarea firelor între foi şi presarea ansamblului. Descoperiri recente în tehnologia procesării permit utilizarea procesului de infiltrare fară a fi necesar pasul intermediar de obţinere a firelor (sârmelor).

Procedeul CVD

Page 15: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

15

INSTALAŢIA de obţinere a unui material compozit cu matrice metalică şi inserţie de particule, printr-un procedeu în fază lichidă

UTILAJE

Page 16: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

16

UTILAJE

Ube 350 Ton horizontal high pressure die casting

machines

1200 Ton vertical squeeze cast press

Induction melt furnaces

Page 17: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

17

Domenii noi de utilizare a compozitelor cu matrice metalicaDupa cum s-a aratat, compozitele metalice sunt folosite tot mai mult in domenii de

varf ale tehnicii. Iata doar cateva astfel de aplicatii :

Pentru realizarea unor componente care functioneaza la temperaturi ridicate, in cadrul motoarelor, turbo-reactoarelor si rachetelor,

Page 18: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

18

Materiale compozite cu matrice metalica folosite la elicele elicopterelor

Distribuitor hidraulic

Page 19: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

19

Piese de automobile rezistente la uzura si la temperaturi ridicate

Page 20: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

20

Page 21: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

21

sunt folosite pc scara larga in electronica si electrotehnica

Page 22: Materiale Compozite Cu Matrice Metalica

22

Alte aplicatii: