Стеклокристаллические материалы могут быть исполь­зованы в вакуумной технике (электронные приборы), ма­шиностроении (подшипники), как покрытия для метал­лов и в специальных областях техники.

КЕРАМИКА ИЗ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ И АРМИРОВАННАЯ КЕРАМИКА

Керамика обладает сравнительно низ­кой прочностью при растяжении, недостаточными удар­ной вязкостью и термостойкостью. Использование поло­жительных свойств керамики в современных устройствах, работающих при высоких температурах, предполагает предварительное устранение этих недостатков. На это и направлены широко проводимые в настоящее время ра­боты по армированию керамики металлическими волок­нами.

Армирование конструкционного материала волокнами, имеющими большую, чем сам материал, прочность при растяжении, обычно производится в целях усиления спо­собности матрицы нести нагрузку. В таком случае при­кладываемая к системе нагрузка воспринимается в ос­новном высокопрочными волокнами. При этом необходи­мо, чтобы между керамикой и волокнами существовала достаточно прочная связь. Большое значение в данном случае имеют коэффициенты термического расширения керамики и металла.

Наряду с правильно подобранной комбинацией мате­риалов большое значение имеет геометрия волокон и их ориентация в основном материале. Расположение воло­кон в материале может быть беспорядочным или ориентированным, что и определяет прочность компо­зиции.

Муллитовую, циркониевую и глиноземистую керамику армируют, например, молибденовыми и вольфрамовыми волокнами.

Большой интерес представляет также армирование керамических покрытий. Армированные тугоплавкие ке­рамические покрытия благодаря своей большой толщине защищают подложку из конструкционного металла гораз­до лучше, чем керамические покрытия без арматуры. В качестве армирующих элементов с успехом применяют проволочные сетки, гофрированные полоски или прово­локу.

Армированные керамические покрытия успешно ис­пользуются в качестве внутренней облицовки камер сго­рания, плазменных камер, нагревательных печей.

Особый интерес для многих областей техники пред­ставляют температуроустойчивые волокна. Так, находят применение следующие устойчивые неорганические во­локна с температурой плавления 1750—1800°С: кварце­вые—99,9% SiO2, кремнеземные—96—98% Si02, кера­мические каолинового состава 50% SiO2 и 50% А12Оз. Они обеспечивают теплоизоляцию агрегатов при темпера­турах до 1200°С (длительная эксплуатация) и даже до 2000° С (кратковременные испытания), сохраняют ста­бильными электрические свойства вплоть до температу­ры 700° С, обладают низкой теплопроводностью как при комнатной температуре, так и при 1000—1500° С.

В последние годы ведутся работы по получению воло­кон на основе окиси алюминия.

Разработан материал на основе кварцевого волокна, названный «дайнакварц» и состоящий из 99% кварцевых волокон, спрессованных и обожженных в легковесные по­лужесткие пластины или блоки. Этот материал сохраня­ет стабильность своих размеров во время длительной вы­держки при 1500°С и кратковременной — при 1650° С.

Замечательным материалом для ракетно-космической техники является другой материал на основе кварцевого волокна — «астрокварц», состоящий на 99,95% из SiO2. Кварцевые волокна пропитываются фенольной смолой, затвердевающей в течение часа при 140°С и давлении 7 кГ/см2. Материал обладает хорошими теплоизоляцион­ными свойствами, высокими прочностью, пластичностью, не плавится при температурах выше 1650°С и испаряется только при 1980° С.

Большой теоретический и практический интерес пред­ставляют нитевидные монокристаллы, имеющие минимум дефектов кристаллической решетки и обладающие проч­ностью на растяжение порядка 100000 кГ/см2. Пока уда­ется получать нитевидные монокристаллы длиной от 2—3 до 25 мм и толщиной от 0,05 до 2 мк. Такие кристал­лы получены из железа, олова, золота и других металлов, из некоторых соединений германия, карбида кремния, графита, сульфидов. Особый практический интерес пред­ставляет проблема получения монокристаллов из огне­упорных окислов: А12О3, MgO, BeO, ZrO2, MoO3, Nb2O3, TiOo, SiO2 и др.

Существуют различные способы получения нитевид­ных кристаллов: кристаллизация из газовой фазы и рас­плавов, пластическое течение, раскалывание кристаллов по плоскости спайности.

Нитевидные кристаллы карбида кремния имеют проч­ность 210000 кГ/см2, окиси магния — 245 000 кГ/см2. Прочность на изгиб нитевидных кристаллов окиси бе­риллия составляет 150000 кГ/см2.

Дальнейшее усовершенствование технологии изготов­ления монокристаллических волокон из тугоплавких ма­териалов с высоким модулем упругости откроет широкие перспективы для получения сверхпрочных материалов.

Нитевидные кристаллы могут быть использованы в качестве армирующих материалов подобно стекловолок­ну при производстве стеклопластиков.

АРМИРОВАНИЕ КЕРАМИКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ВОЛОКНОМ

Характерные особенности керамических материалов — их жа­ропрочность, большая тугоплавкость, высокая прочность при сжатии и хорошая коррозионная стойкость. Эти свойства весь­ма желательны при выборе конструкционного материала, способ­ного выдерживать рабочую температуру до 1650°С и даже не­сколько выше. Благодаря этим свойствам керамические материа­лы уже веками применяются в металлургических и обжиговых печах, а также в других устройствах, где требуются огнеупорные материалы. В наше время, предъявляют к керамике новые требования — высокий предел прочности при растяжении и должное сопротивление вибрациям, механическим и тепловым ударам. Но керамика как раз обладает сравнительно малой прочностью при растяжении, недостаточной ударной вязкостью и термостойкостью, в чем состоит крупный недостаток этого мате­риала. Поэтому использование положительных свойств керамики в современных устройствах, работающих при высоких темпера­турах, предполагает предварительное устранение этих ее недос­татков. На это и нацелены исследования по армированию керами­ки металлическим волокном.

Из анализа недостатков керамики непосредственно вытекает, что понятие «армирование» надо трактовать как упрочнение ке­рамики в самом широком смысле этого слова, а не только как по­вышение способности материала нести нагрузку. Хотя в настоя­щей главе рассматривается главным образом армирование ме­таллическим волокном, здесь же охватываются металлические ленты и соты, поскольку их тоже применяют для армирования керамики.

Армирование конструкционного материала волокнами или ни­тями из другого материала, более прочного при растяжении, обычно проводится в целях усиления способности матрицы нести нагрузку. Поскольку в этом случае прикладываемая к системе нагрузка распределяется в основном на высокопрочные волокна, относительно «слабая» матрица ставится в облегченные условия. Подобное перераспределение нагрузки достигается в пневматических шинах, пластиках, армированных стекловолокном, и метал­лах, содержащих высокопрочные усы, что положительно сказы­вается на эксплуатационных качествах таких материалов. Одна­ко введение высокопрочных волокон в относительно непрочную керамику не всегда приводит к созданию композиции с более вы­соким пределом прочности при растяжении, чем у самой керами­ки. В ряде случаев это ведет фактически к ослаблению компо­зиции.