Композиты и наноструктуры COMPOSITES and NANOSTRUCTURES

С.В.Дубинский, Ф.С.Севастьянов, А.А.Сафонов, С.Г.Абаимов, Н.В.Розин*, Б.Н.Федулов

МЕТОД РАСЧЁТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЁТОМ

ОБРАЗОВАНИЯ МИКРО И МАКРО ПОР ПРИ ВАКУУМНОЙ ИНФУЗИИ... 151

Влияние разброса технологических параметров на рассеяние упруго-прочностных характеристик в композитных конструкциях оказалось одной из наиболее сложных проблем на пути реализации преимуществ композитов в части повышения весового совершенства и экономического эффекта для крупногабаритных силовых конструкций, в особенности изготавливаемых с использованием технологий жидкостного формования (RTM, вакуумная инфузия и т.д.)

В настоящей работе представлен метод расчёта эффективных механических свойств композиционного материала в конструкции, изготовленной методом вакуумной инфузии и содержащей случайные технологические дефекты (микро/макро поры). Метод основан на использовании уравнения Дарси для описания процессов пропитки вязким связующим армированных волокнистых структур, эмпирических законах влияния скорости пропитки на образование микро- и макропор и на микромеханической модели Чамиса. Для проверки предложенного подхода выполнен ряд технологических экспериментов. Разработанный метод может применяться как для оболочечных, так и для существенно трёхмерных элементов без ограничений по геометрии (c. 151-159; ил. 5).

Гуськов А.П....................................................................................................................

РАСПАД РАСТВОРА ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ЭВТЕКТИЧЕСКИХ КОМПОЗИТОВ........................................................................................................... 160

В отличие от самой популярной теории формирования эвтектических композитов (ЭК) Ханта и Джексона (ХД), в основе которой лежит квазиравновесное приближение, а природа распада раствора на периодическое чередование фаз не имеет удовлетворительного объяснения, в настоящей работе показано, что в процессе фазового перехода раствор, находясь в неравновесном состоянии, может попасть в неустойчивое состояние. В работе строится фазовая диаграмма, в которой показана граница такого состояния, т.е. граница области спинодального распада раствора. Используя построенную фазовую диаграмму, дается постановка и решение задачи диффузии, в которой учитывается неустойчивое состояние раствора. Показано, что при попадании раствора в область спинодального распада, межфазная граница твердой фазы может потерять устойчивость, и что взаимодействие неустойчивости межфазной границы, неустойчивого раствора и кинетики присоединения частиц к растущей твердой фазе ведет к формированию периодической структуры ЭК (с. 160-173; ил. 3).

А.С.Чайникова, Д.В.Гращенков, М.Л.Ваганова, С.Ю.Модин

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ ПРИ СИНТЕЗЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АЛЮМОСИЛИКАТНОЙ

СТЕКЛОКЕРАМИКИ, АРМИРОВАННОЙ НИТРИДОМ КРЕМНИЯ............... 174

Опробована методика получения стеклокерамических композиционных материалов на основе Sr-анортитовой стеклокерамики, армированной частицами a-Si₃N₄ и b-Si₃N₄, с применением золь-гель метода и искрового плазменного спекания (SPS). Показано, что композиты с плотностью, близкой к теоретической могут быть получены методом SPS при температурах, меньших, чем при традиционном спекании таких материалов на 350 - 400 °С. Изучено влияние предварительного совместного помола исходных смесей на синтез и структуру композитов. Установлено, что при применении метода SPS, совместный помол не оказывает влияния на температуру спекания материалов, их фазовый состав и механические свойства, но повышает равномерность распределения компонентов в материале, что способствует увеличению их стойкости к окислению (с. 174-186; ил. 6).

Г. П. Егоров, А. А. Волков

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОГО УРОВНЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ТОНКИХ ПЛЕНКАХ............................................................................................. 187

Проблема измерения и учета внутренних механических напряжений остро стоит перед исследователями и производителями тонкопленочных устройств, так как повышенный (критический) уровень напряжений может привести к негативным последствиям (растрескивание, отслоение от подложки). Для измерения значений критического напряжения авторами использована методика, основанная на использовании устройства с емкостным датчиком. Устройство позволяет измерять критические напряжения в тонких пленках (регистрировать момент разрушения) непосредственно во время осаждения. Предлагаемая методика состоит из двух последовательных преобразований. Показано, что выбранные параметры измерительных преобразований с небольшой погрешностью (около 5%) по величине измеряемых напряжений позволяют исследовать кинетику формирования напряжений с высокой чувствительностью. Показаны границы применения: отношение толщин подложка/пленка должно быть больше 150, максимальный прогиб должен быть меньше 4 мм. Впервые экспериментально удалось определить критические значения напряжений u_jipum, и соответствующие им уровни деформаций Ае , при достижении которых наблюдалось отслоение для пленок Al, Ti, Cu и Та, осажденных на медную подложку, а также для пленок Та, осажденных на стеклянную подложку. Отмечается, что предложенная методика может быть использована при определении критических напряжений и деформаций не только для ионного осаждения в вакууме, но и для любого метода получения тонких пленок, а на основании полученных результатов могут быть разработаны рекомендации по определению и учету напряжений в тонких пленках на различных стадиях технологического процесса (с. 187-203; ил. 13).

М.Голубев

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ УПРУГИХ ПОСТОЯННЫХ ОДНОНАПРАВЛЕННОГО

ТРЁХКОМПОНЕНТНОГО КОМПОЗИТА............................................................. 204

Рассматривается задача микромеханики для однонаправленного трёхкомпонентного композитного материала, состоящего из углеродных волокон и двух типов полимерной матрицы - термореактивной и термопластичной. Используется микромодель материала первого уровня, учитывающая только относительные объёмные содержания волокон и матриц и игнорирующая геометрию микроструктуры композита. Определены упругие постоянные трёхкомпонентного композита в зависимости от относительного объёмного содержания его компонентов и исследован вопрос о рациональном объёмном содержании термореактивной и термопластичной матрицы в материале (с. 204-210; ил. 4).