6Инновационные аспекты развития науки и техники УДК 620.3, 629.7, 678
Долгополов Константин Александрович Dolgopolov Konstantin Aleksandrovich
Студент Student
Поволжский государственный технологический университет
Volga State Technological University
СПОСОБЫ ОХЛАЖДЕНИЯ СПЛАВОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭВТЕКТИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHODS FOR COOLING ALLOYS FOR OBTAINING EUTECTIC COMPOSITE MATERIALS
Аннотация. В данной статье рассматриваются 2 способа охлаждения эвтектических композиционных материалов: метод Бриджмана и метод направленной кристализации. Данные способы очень похожи друг на друга, имеют свои плюсы и минусы, но имеют некоторые различия, которые подробно описываются в статье.
Annotation. This article discusses 2 methods of cooling eutectic composites: the Bridgman method and the directional crystallization method. These methods are very similar to each other, have their pros and cons, but have some differences, which are described in detail in the article.
Ключевые слова: ЭКМ, кристаллизация, материал, технология, получение.
Key words: ECM, crystallization, material, technology, production.
Эвтектическими называют композиционные материалы, получаемые путем направленной кристаллизации систем с эвтектическим или близким к нему соотношением компонентов. [1]
Рассмотрим 2 метода охлаждения эвтектических сплавов, при которых получают эвтектические композиционные материалы:
1. Метод направленной кристаллизации (метод Бриджмана). (рис.1.)
XII Международная научно-практическая конференция
Метод был создан Бриджменом и усовершенствован Стокбаргером.
Метод основан на последовательном стабильном перемещении тигля с шихтой в вертикальной печи. В верхней зоне печи температура превышает температуру плавления шихты (исходного материала), а в нижней части ниже температуры плавления.
Метод основан на зарождении (кристаллизации) монокристалла на межфазной границе и проведении кристаллизации в зоне существующего температурного градиента, направленного в верхнюю зону печи.
Трудность метода - обеспечение сравнительно небольшого температурного градиента во избежание концентрационного переохлаждения в расплаве. Это может привести к неконтролируемому зарождению и быстрому росту - и как следствие, получаются монокристаллы плохого качества.
По методу Бриджмена-Стокбаргера обычно выращивают металлы, галогениды щелочных и щелочноземельных металлов, реже полупроводников. [2]
Г7
Рис.1. Метод Бриджмана 18
Инновационные аспекты развития науки и техники Стакан 1 с жидким эвтектическим сплавом 2 может перемещаться в вертикальном направлении с заданной скоростью; жидкое состояние поддерживается нагревательным элементом 3. При опускании стакана он попадает в зону действия холодильника 4, сплав начинает кристаллизоваться в виде кристаллической матрицы из более легкоплавкого металла и кристаллических стержней, чешуек 5 из более тугоплавкого металла.
Кристаллические стержни и чешуйки ориентируются в вертикальном направлении и кристаллизуются на границе раздела жидкой и твердой фазы 6.
Вся установка помещается в вакуумированный корпус 7. В итоге получается композиционный материал с легкоплавкой матрицей и кристаллическими стержнями, чешуйками более тугоплавкого металла или иного соединения (оксидов)
2. Метод направленной кристаллизации в расплаве. (рис.2.) Данный метод отличается от метода Бриджмана тем, что стакан с расплавом охлаждается в расплаве легкоплавкого металла (олова).
Рис.2. Метод направленной кристаллизации
XII Международная научно-практическая конференция Стакан 1 с расплавом 2 может перемещаться вверх с заданной скоростью. Эвтектический расплав подогревается нагревающим элементом 3, стакан опускается в емкость с расплавом легкоплавкого металла 4 (олова). Начинает кристаллизоваться более легкоплавкий металл в виде матрицы и более тугоплавкий метал в виде кристаллических стержней, чешуек 5, получается композит. Граница раздела фаз 6 совпадает с поверхностью металла в баке 4. Все помещается в вакуумированный корпус.
Эвтектические композиционные материалы по сравнению с композиционными материалами имеют более высокую прочность, обусловленную прочностью и совершенством структуры армирующей фазы, близкими к характеристикам к нанокомпозитами, и термически стабильную структуру вплоть до температур, близких к температуре плавления эвтектики. Для эвтектических композиционных материалов не существует проблемы химической несовместимости между матрицей и упрочняющей фазой вследствие равновесных условий кристаллизации, равенства химических потенциалов компонентов и минимальной поверхностной энергии армирующей фазы.
Из ЭКМ можно получать материалы и готовые изделия за одну операцию при полном отсутствии трудоёмких процессов изготовления волокон и их введения в матрицу.
Недостатками ЭКМ являются ограниченность в варьировании объёмного содержания армирующей фазы, которое, как правило, диктуется диаграммой состояния системы ; повышенные требования к чистоте исходных шихтовых материалов и точности соблюдения режима направленной кристаллизации; небольшие скорости направленного роста в ряде ЭКМ, снижающие производительность процесса получения изделий и приводящие к нежелательному взаимодействию между изделием и литейной формой. [3]
Инновационные аспекты развития науки и техники Библиографический список:
1. Эвтектические композиты [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://studref.com/453712/tehnika/evtekticheskie_ kompozity
2. Нанотехнологии и наноматериалы [Электронный ресурс]. -Режим доступа: URL: https://www.sites.google.com/site/nanotehno logiiinanomaterialy/metod-bridzmena-stokbargera
3.ЭКМ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://megaobuchalka.ru/9/1129.html
