Авиа

Записи с меткой «авиа»

1)   непрерывности сопротивления действию нагрузки в волокнистом усилителе и наличию клеевых соединений, способствующих сохранению ~85% прочности композиционного материала после местного разрушения по сравнению с 20% прочности, сохраняющейся в этих условиях у металлической детали;

2)  возможности ориентировать усилитель в направлении действия нагрузки;

– 3) двойному превосходству удельного предела усталости композиционного материала по сравнению с титановыми сплавами, обладающими наибольшей выносливостью среди авиационных металлов;

4)  минимальному количеству крупногабаритных деталей из композиционных материалов в изделии (например, 84 детали из эпоксидного боропластика вместо 280 деталей из алюминиевого сплава в закрылке одного из зарубежных самолетов). Это сокращает расход на оснастку, изготовление и транспортировку деталей, а главное — повышает надежность эксплуатации вследствие сокращения числа соединений (большей сплошности конструкции) ;

5)  большей легкости изготовления оптимальных аэродинамических профилей, не теряющих формы при высоких нагрузках;

6)   большей простоте защиты деталей из композитов от разрушения атмосферными воздействиями по сравнению со сложной защитой металлов от электрохимической коррозии, которой композиты не -подвержены;

7)  высоким амортизационным характеристикам композитов, снижающим вибрации и распространение шума.

Прессматериалы, наполненные нитевидными монокристаллами («усами») графита-, сапфира (А1203), карбидов кремния и бора (SiCm B4C3), имеющие весьма высокую прочность и жесткость," могут успешно сочетать функции несущих силовых элементов и тепловой защиты. Так, фенопласты, наполненные «усами» сапфира, применяют для изготовления стенок камеры сгорания и сопла ракеты, работающей на топливе N2O4 (гидразин).

ТБ1323 и ТВ 1423, применяемые для термометров и регуляторов температуры в АЗС, реле времени и других элементах  приборостроения.

Разновидностью термобиметаллов, отличающихся от обычных, деформация которых зависит от нагрева, являются магнитострикци-онные термобиметаллы;  в этом случае используют зависимость де-

формации от изменения магнитных свойств. Компоненты таких термобиметаллов изготавливают из магнитострикционных материалов с разным значением коэффициента магнитострикции. С увеличением магнитной индукции один из элементов термобиметаллической пластины, имеющий положительную магнитострикцию, удлиняется, а другой, имеющий отрицательную магнитострикцию, — сжимается. Это приводит к деформации магнитострикционного термобиметалла. Поскольку такую деформацию, как и в случае термобиметалла, чувствительного к изменению температуры, легко проконтролировать, маг-нитострикционные материалы можно использовать в тех же целя-х, что и обычные.

Если по условиям -эксплуатации необходима независимость деформации магнитострикционного термобиметалла от температуры (например, в измерительной технике), то оба компонента его должны иметь одинаковые температурные коэффииценты линейного расширения. Это условие легче выполнить, если один компонент изготовить из магнитострикционного материала, а другой — из немагнитного материала с идентичными первому компоненту характеристиками теплового расширения. Это увеличивает возможность более тщательного подбора материалов по тепловым свойствам.

При невысоких механических и диэлектрических свойствах асботекстолиты отличаются высокими фрикционными свойствами и теплостойкостью: некоторые из них могут длительно работать до 200° С, ограниченно — до 250—500° С и кратковременно —до 1800—4500° С. Их используют в виде тормозных колодок, фрикционных дисков, панелей и электрощитков для монтажа низковольтной аппаратуры, клиньев и распорок роторов турбогенераторов и др.

Крупногабаритные асботекстолитовые детали, полученные методами намотки, вакуумным формованием или формованием в автоклаве, находят широкое применение

в авиационной и ракетной технике для абляционной теплозащиты. При очень высоких температурах и скоростях тепловых потоков асбопластиковые покрытия подвергаются пиролизу, отнимая тепло от потока, и послойному уносу (абляции), защищая от разрушения находящиеся под ними элементы головных частей баллистических ракет, корпусов и днищ ракетных двигателей.

Древесно-слоистые пластики имеют высокие механические свойства, не уступающие по удельным характеристикам авиационным сплавам, их с успехом применяли при строительстве цельнодеревянных самолетов. Недостаток древесно-слоистых • пластиков — чувствительность к влаге, для защиты от которой торцы листов и обработанные детали покрывают лаками. Низкий коэффициент трения древесно-слоистых пластиков (f= — 0,004-^0,2 в зависимости от смазки) позволяет использовать их в паре с металлами или заменять ими текстолит и цветные металлы в узлах трения. Шестерни из древесно-слоистых пластиков долговечны и снижают шум от работы в паре с металлическими. Подшипники из таких пластиков не образуют задиров на трущейся поверхности металлического вала и полируют ее. Дешевые конструкционные и антифрикционные древесно-слоистые пластики находят широкое применение в авиастроении и других областях машиностроения, а также в электротехнике для изготовления деталей аппаратуры высокого напряжения,

Стеклотекстолиты и углетекстолиты наряду с боро-пластиками относят к наиболее прочным авиационным материалам, получившим в последнее время наименование, композиционных материалов (или композитов) на полимерной матрице. Свойства стеклотекстолитов среднего качества приведены в табл. 44.

Графит, стекло и ситаллы’, керамика, асбест, слюда, кварц и некоторые другие материалы образуют группу неорганических полимеров. Между частицами (атомами) их структуры действуют ионные, ионно-ковалентные, реже ковалентные и дисперсионные химические связи. С ме-. таллами у неметаллических неорганических материалов совпадают формы и дефекты кристаллических решеток некоторых керамик и ситаллов. и негорючесть; с органическими материалами их сближают тепло- и электроизоляционные свойства, прозрачность аморфных и субмикрокристаллических фаз, а также прогрессивные методы получения многих изделий путем пластической деформации (прессованием, формованием, литьем под давлением, экструзией и др.).

Индивидуальными особенностями свойств этой группы материалов являются: высокие прочность при сжатии, твердость и жесткость (кроме графита), низкая ползучесть, наивысшая огнеупорность графита и ряда керамик, высокие морозостойкость, химическая и радиационная стойкость, определяющие их длительную атмо-сферостойкость. К недостаткам неорганических неметаллов следует отнести их высокую хрупкость, т. е. сниженные значения предела прочности при растяжении, изгибе, особенно ударном изгибе.

Положительные особенности неорганических полимерных материалов, особенно тонких волокон, имеющих меньшую хрупкость, определили их преимущественное применение в авиационно-космической технике в качестве высокоогнеупорных или термостойких эрозионно-стойких конструкционных (носовые обтекатели летательных аппаратов, сопла РДТТ и т. п.), теплозащитных (покрытия ЛА и камер сгорания РДТТ), прозрачных (остекление), электро- и радиоизоляционных деталей, клеев и покрытий.

Происходит под влиянием внешней среды. Таким образом, коррозией материалов принято называть разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой.

Многие детали авиационной и космической техники подвергаются коррозии в -атмосфере воздуха (влажный воздух, туман, осадки). Происходит так называемая атмосферная коррозия. При контакте с жидкостями, применяемыми для работы конструкции или находящимися . в окружающей среде (например, морская вода), может протекать жидкостная коррозия. При^высоких температурах в газах происходит газовая коррозия. Любой вид коррозии опасен не только из-за повреждения поверхностных слоев изделия, но и тем, что происходит уменьшение рабочего сечения детали, т. е. несущая способность уменьшается. Кроме того, необходимо учитывать появление продуктов коррозии, которые могут оказывать влияние на работу изделия.

Химическая коррозия протекает вследствие взаимодействия металла с коррозионной средой, при котором окисление, металла и восстановление окислительной компоненты коррозионной среды протекают в одном акте. Продуктом этого взаимодействия является окисная пленка, которая может оказывать предохраняющее воздействие и защищать металл от дальнейшего разрушения. Защитные свойства пленок зависят от их состава, строения, сцепляемости с подложкой и их свойств (например, летучести). Теория химической коррозии хорошо объясняет явления, связанные с газовой коррозией.

Перспективны разработки «самоармированных» композиционных материалов, полученных направленной кристаллизацией двойных эвтектических сплавов и направленной ориентацией макромолекул некоторых полимеров. В процессах соответственно литья и синтеза в композитах за один процесс образуются две твердые фазы — матричная и одноосно направленная, равномерно распределенная в ней волокнистая армирующая фаза. Самоармированные композиты обладают высокими показателями свойств, близкими к показателям описанных выше композитов, полученных «сборкой» матрицы с усилителем, но их составы и технологию получения еще продолжают улучшать.

До настоящего времени по массовым характеристикам, коррозионной стойкости, недостаточной совместимости с некоторыми армирующими волокнами и высокой стоимости композиционные материалы на металлических матрицах уступают композитам на полимерах; лишь алюминиевый сплав, армированный- борным волокном, является сравнительно наиболее отработанным и испытывается в авиационных конструкциях (табл. 45).

Проведенное опробование ряда композиционных материалов на деталях летательных аппаратов и двигателей показало, что замена металлических деталей деталями из композитов позволяет в. среднем снизить массу этих деталей на 50% и упрощает технологию их изготовления, повышая надежность эксплуатации благодаря различным свойствам

Можно применять в измерительной технике авиационного приборостроения в качестве указателей тока, для измерения неэлектрических величин. Для измерения используется эффект изменения индуктивности катушки, окружающей пластину из магнитострикционного термобиметаллического материала, вследствие изменения магнитной проницаемости пластины при механическом отклонении ее свободного конца.

Если термобиметаллические элементы работают в агрессивных средах, способствующих коррозии, то на них наносят тонкие (^0,01 мм), как правило, гальванические защитные покрытия из алюминия, никеля, цинка, хрома, незначительно изменяющие температурные деформации термобиметалла.

§ 8. Материалы с особыми электрическими и механическими свойствами, работающие в условиях коррозионного воздействия

Некоторые детали, используемые в авиационном приборостроении, работают в сложных условиях, когда при выполнении основной задачи они подвергаются кратковременному или длительному воздействию агрессивной среды. Помимо воздействия водяных паров и солевых растворов, из внешней среды на материал деталей могут в некоторых случаях воздействовать сильные окислители (азотная кислота, кислород), необходимые для работы конструкции. Надо иметь в виду, что с повышением температуры увеличивается опасность воздействия жидких и газовых сред на поверхность металлического тела.

Коррозионностойкие магнитномягкие сплавы используют в качестве магнитопроводов различных систем управления, якорей и электромагнитов магнитопроводов, пневматических, электропневматических, электромагнитных и гидравлических клапанов и различных запирающих устройств, деталей электрических машин и других-магнитных деталей авиационного приборостроения, работающих без защитных покрытий в условиях высокой влажности и температуры, в морской воде и некоторых кислых средах.

Наиболее широкое применение для этих целей получили никелькобальтовый сплав 36КНМ (0,03%- С; 36% Со; 22% Ni; 3% Mo; ост. Fe) и сталь ферритного класса 16Х (0,015% С; 16% Сг; ост. Fe). Оба сплава имеют структуру однофазных твердых растворов: сплав 36КНМ — у-твердый раствор с г. ц. к. решеткой и сплав 16Х — а-твердый раствор с о. ц. к. решеткой.

Сплав 36КНМ коррозионностоек в морской воде (скорость коррозии составляет мм/год) и применяется главным образом для деталей, работающих в морском тумане.

Сплав 16Х обладает высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, в том числе в среде повышенной влажности (до 98%), в тропических условиях, при воздействии инея и росы, в морском тумане, бидистилляте воды при температурах до 200° С и давлении до 19,62 МПа, жидкой и газообразной фазе продукта «меланж», растворе едкого кали при температуре до 110 °С и в присутствии кислорода. Скорость коррозии сплава 16Х в названных средах мала— 0,001 — 0,003 мм/год, что позволяет применять его для изготовления деталей, работающих при высокой влажности, в бидистилляте воды и аммиака при обычных и повышенных температурах и давлении, а также кислотных, окислительных и других агрессивных средах.

Для работы в этих средах сплав 16Х используют вместо нержавеющих сталей марок 0X13, 1X13, 17Х и низкоуглеродистых        электротехнических

сталей марок «Э».

При использовании в авиационной технике электроаппаратуры она нередко оказывается под кратковременным или длительным воздействием корпускулярных, волновых радиоактивных излучений высокой энергии. При этом важно знать степень стойкости материалов к воздействию излучения,

сохранения ими электрических и механических свойств, т. е. ради а-ц и о иную стойкость. Вместе с тем излучения высокой энергии могут быть использованы в технологических процессах создания новых материалов с ценными свойствами (например, с повышенной нагревостойкостыо).

В некоторых случаях материалы наряду с использованием их основных электрических и. механических свойств должны выполнять функции экранов-поглотителей излучений.

К корпускулярным излучен и я м относятся быстрые и медленные нейтроны, осколки ядер, а-частицы и Р-лучи (электроны различных скоростей).

К во л н о в ы м и з л у ч е и и я м принадлежат улУчи, жесткое и мягкое рентгеновские излучения. Интенсивность излучения измеряют в ваттах на 1 м2.                                                                         ,

Поглощение излучения в материале зависит от его природы и качества излучения. Рассеяние энергии излучения происходит в основном вследствие ионизации (внутренний фотоэффект), возбуждения атомов, комптоновского эффекта, а при очень больших энергиях — ‘ в результате ядерных преобразований. Часть энергии расходуется на выбивание атомов или ионов в междоузлия, причем в решетке появляются вакансии и дефектные центры.

В частности, в органических полимерах происходит выделение газа, образование и ликвидация двойных связей, полимеризация, образование поперечных связей,-’вулканизация и др. Характер и степень изменения свойств полимера за время испытания определяются преобладающим процессом. При образовании поперечных связей, могут наблюдаться различные изменения физических свойств. В результате длительного или очень интенсивного облучения может произойти разрушение любого полимера.

Развитие современной авиационной   техники   связано с созданием высокоогнеупорных   конструкционных   материалов, позволяющих эксплуатировать конструкции при высоких температурах и резких ее перепадах. К числу подобных, наиболее перспективных материалов относится графит. В некоторых отраслях техники применяют природный графит — самородный углеродный материал. Однако в качестве конструкционного материала природный графит не используют вследствие его пониженной твердости и слабого сцепления частиц со связующими веществами, используемыми в серийном производстве графитовых изделий. Благодаря высокой электропроводности, стойкости к окислению при высоких температурах и.хорошим антифрикционным свойствам природный графит вводят в качестве добавки в состав исходных материалов, используемых в производстве углеграфито-вых электродов’ и антифрикционных материалов.

В .качестве конструкционного высокотемпературного материала применяют два типа искусственного графита: технический и пиролитический (пирографит). Технический графит получают на основе нефтяного и пекового кокса, сажи и других твердых углеродных материалов. Пирографит получают в результате термического разложения (пиролиза) углеводородных газов при высоких температурах.

При обычных условиях графит не способен плавиться, поэтому возможность получения графитовых изделий методом литья исключена. Нельзя также получать изделия способом спекания спрессованных порошков из-за отсутствия у графита способности спекаться. Поэтому изделия изготовляют способами, сущность которых сводится к получению графитовых заготовок из углеродистых материалов и к их механической обработке.

К факторам, определяющим оптические свойства бериллиевых зеркал, относятся тип и содержание примесей, характеристики порошка, параметры процессов уплотнения и прессования, методы резания, шлифования, полирования и способы снятия остаточных напряжений.

Необходимо учитывать, что получение термически стабильного оптического материала обеспечивается только высокой изотропностью. Зеркала, полученные методами горячего изостатического прессования бериллия и холодного гидростатического .прессования с последующим спеканием, имеют в 3—5 раз лучшую термическую стабильность, чем при горячем прессовании.

Благодаря высоким значениям удельной прочности и удельной жесткости бериллий является ценным конструкционным материалом для авиационной и ракетной техники. Он перспективен в качестве ма-„ териала обшивки сверхскоростных самолетов. Однако следует учитывать, что из-за повышенной хрупкости и чувствительности к надрезу в условиях растягивающих напряжений бериллий применять нецелесообразно. Большая часть деталей самолетов работает в условиях сжимающих напряжений, поэтому многие детали могут быть изготовлены из бериллия. В опытном варианте из бериллия изготавливали крыло самолета, тяги управления, стабилизатор и др. Особенно выгодно применение бериллия в конструкциях самолетов со скоростями полета 2—3 М; экономия в массе может достигать здесь 30—40%.

Использование новых жаропрочных материалов в комплексе с новыми конструкционными материалами открывает возможности существенного повышения технико-экономических показателей авиационных двигателей — повысит тягу, экономичность двигателя, уменьшит его массу, габаритные  размеры и

значительно повысит ресурс. Таким образом, новые композиционные материалы являются перспективными материалами авиационной техники.

Композиционные материалы, армированные частицами

В матрице дисперсноупрочненного композиционного материала равномерно распределены частицы упрочняющей фазы размером 10—100 нм, занимающие 1—15% объема материала. В таком материале матрица воспри: нимает основную часть, внешней нагрузки. Роль мелкодисперсных частиц сводится к созданию эффективного сопротивления перемещению дислокаций в объеме зерна. Чем больше это сопротивление, тем выше степень упрочнения материала. Дисперсноупрочненные материалы, как- правило, обладают высокой температурной стабильностью структуры, что позволяет им сохранять высокие прочностные характеристики в широком температурном

интервале, вплоть до (0,7—0,8)7™ (где ‘Г"л —температура плавления матрицы). Это в основном жаропрочные материалы. В качестве упрочняющей фазы применяют мелкодисперсные частицы окислов, карбидов, интерме-таллидов, которые при высоких температурах не растворяются в матрице и некогерентны с ней.

Ткань изготавливают на ткацком станке переплетением двух взаимно перпендикулярных систем пряжи или нитей — основных и уточных. Основные нити, или основа, располагаются по длине куска ткани, а уточные, или уток — по его ширине — от кромки к кромке.

Трикотаою изготавливают на вязальных машиных из одной или многих нитей путем образования петель и их взаимного переплетения; в результате получается трикотажное полотно или трикотажные изделия  (бельевые, верхние, чулочно-носочные и др.).

Далее кратко рассмотрим лишь трикотажные полотна, получившие применение в качестве усилителей* некоторых авиационных стеклопластиков и кожзаменителей.

Основными параметрами технической характеристики тканей и трикотажных полотен являются: вид переплетения, способ отделки, ширина, толщина, масса 1 м2, число нитей основы и утка на единицу длины (плотность ткани и форма, размер петли и плотность трикотажа), прочность на разрыв и растяжимость (удлинение) при разрыве.

Ткацким переплетением называют порядок последовательного перекрытия на лицевой стороне ткани нитей основы нитями утка и нитей утка нитями основы. Множество ткацких переплетений образуется комбинациями трех основных или простых переплетений — гарнитурового, саржевого и атласного, изображенных на рис. 119. Основные (черные квадраты) и уточные (белые квадраты) перекрытия чередуются в известном порядке; минимальное число перекрытий на определенной длине тка1ш, после которого этот порядок повторяется, называется рапортом переплетения. Различают рапорт переплетения основы и рапорт переплетения утка (рис. 119).

Изделия из прессовочных порошков (карболитов) по прочностным характеристикам практически не отличаются от чистых полимеров,  являются  изотропными,  несиловыми деталями,  преимущест-

венно электроизоляционного назначения. При использовании неорганических порошковых наполнителей и теплостойкого (например, кремнийорганического или полиимидного) связующего они характеризуются высокими рабочими температурами — до 300—400° С. Волокнистые хаотически расположенные наполнители повышают преимущественно ударную вязкость смол-связующих.

Листовые наполнители в виде бумаги (гетинакс), ткани (текстолит, стеклотекстолит) имеют сравнительно высокую прочность. При пропитке их связующим повышается жесткость материала, однако при значительном увеличении содержания возрастает хрупкость. Наполнитель несет основную нагрузку, и прочность пластика зависит от сорта бумаги или ткани.

В последние годы в авиастроении находят широкое применение композиционные материалы, состоящие из полимерной матрицы, упрочненной ориентированными неорганическими волокнами, например стекловолокном, волокнами бора и углерода. Композиционные, материалы (в основном, на полиэпоксидной и полимерной матрицах) по прочности и жесткости не уступают конструкционным сталям, а благодаря небольшой плотности по удельным -характеристикам намного превосходят металлы.

Получают подобно дутьевому штапельному стекловолокну дискретной длины путем раздува струи расплава каолина воздухом и потоком раскаленных газов. Каолиновое волокно (50% А1203, 50% Si02) диаметром 3— 10 мкм применяют для изготовления ваты, войлока, матов, бумаги, картона электро- и теплоизоляционного высокотемпературного назначения, фильтров и, в опытном порядке, слабоскрученных нитей — «ровницы».

Борные волокна получают в промышленном масштабе путем газофазного высаживания микрокристаллического бора на вольфрамовую нить диаметром ~12 мкм. В результате диффузии бора в нагретую до 1000° С вольфрамовую нить в сердцевине готового волокна образуются бориды вольфрама WB4 и W2B5, и ее диаметр увеличивается до ~ 16 мкм. Общий же диаметр борного волокна достигает 100 или 140 мкм. Поэтому оно в качестве армирующего усилителя боропластиков сообщает им большую прочность при сжатии, чем тонкие стеклянные и углеродистые волокна диаметром 5— 12 мкм в стеклопластиках и углепластиках.

размером ~2,0 нм, объединенные в более крупные зерна, между которыми заметны границы раздела. Для использования борного волокна в качестве усилителя металлических, в частности алюминиевых матриц, его поверхность покрывают слоем карбида кремния SiC. Такая обработка повышает сопротивление окислению и ухудшению свойств волокна в результате взаимодействия с алюминием при повышенных температурах. Покрытое карбидом кремния волокно диаметром 100 мкм получило название «борсик»; оно имеет плотность <2600 кг/м3 и предел прочности при растяжении 2,75 ГПа.

Углеродные волокна впервые получены в 1882 г. Длительное время их применяли в электрических лампах накаливания, потом заменили вольфрамовой нитью. Лишь около 1960 г. исследования углеродных волокон были возобновлены. Они продолжаются и в настоящее время в связи с использованием этих волокон в качестве усилителей в композиционных материалах конструкционного назначения и прежде всего для авиационной техники.

К новейшим конструкционным материалам относятся композиционные, материалы, представляющие собой армированные волокнами или дисперсными частицами металлы, сплавы, полимеры. В волокнистых композиционных материалах эффективно используются необычайно высокие механические свойства различных типов волокон — прочность, жесткость, жаростойкость и др. Это позволяет получать композиционные материалы с существенно более высокими механическими характеристиками, чем у матриц.

Разработка таких материалов в настоящее время находится в стадиях исследования, опытного производства и* внедрения в промышленность. Уже имеются многочисленные примеры эффективного использования композиционных материалов в авиационной технике — это детали компрессора двигателей, некоторые элементы фюзеляжа, сосуды высокого давления, корпус ракеты, винты вертолетов и др. Благодаря применению новых композиционных материалов повышаются эксплуатационные характеристики узлов и деталей летательного аппарата, имеет место значительная экономия в массе (до 30— 40%).

Для армирования можно использовать различные материалы,* например тонкую проволоку из стали, вольфрама, молибдена, титана, других металлов и сплавов, стекловолокно, углеродные волокна, борные волокна, волокнистые монокристаллы окиси алюминия, карбида кремния и других соединений.

Для изготовления армирующих волокон из стали чаще всего используют нержавеющие стали мартенсито-ферритного; мартенситного, аустенито-мартенситного и аустенитного классов. Проволока из этих сталей отличается прочностью (о"в=2,5-^3,0 ГПа) благодаря высокой концентрации дефектов кристаллического "строения в структуре, получаемой при изготовлении (правая -ветвь кривой Бочвара), высокой коррозионной стойкостью, способностью работать в условиях больших нагружений в широком диапазоне температур.

Перспективными армирующими материалами являются тугоплавкие металлы, прежде всего вольфрам и молибден. Эти металлы способны сохранять высокие механические свойства в диапазоне 1400—1600° С. Представляет большой интерес армирование тонкими нитями вольфрама и молибдена авиационных жаропрочных сплавов с целью расширения интервала рабочих температур и повышения характеристик жаропрочности.

Высокие прочностные свойства имеют борные волокна. Их сердцевина состоит из вольфрамовой нити диаметром до 13 мкм, на которую по специальной технологии осаждается бор. В процессе осаждения бор взаимодействует с вольфрамом, образуя бориды: WB, W2B5, WB4. Диаметр получающихся волокон 70—130 мкм, длина до 300 м. При плотности 2600 кг/м3 прочность волокон составляет ав=3,5 ГПа, модуль нормальной упругости Е&420 ГПа. Борные волокна перспективны для армирования авиационных сплавов на основе легких цветных металлов: алюминия, магния, титана.

В настоящее время практикуется замена металлических деталей летательных аппаратов деталями из композиционных материалов. Разрабатывается вертолет ASTD полностью из композитов, что дает экономию массы изделия на 18%, уменьшение стоимости производства на 10%, экспериментальных расходов на 15% и размеров вертолета на 15% с одновременным снижением опасности повреждений. Закончено изучение усовершенствованного сверхзвукового самолета с большой дальностью полета, выполненного в основном из графитэпо-ксидного композита.    Предварительный    экономический

390

анализ показал, что стоимость производства этого самолета должна быть ниже, чем металлического, а экономия топлива- при его эксплуатации составит 30%- К 1985 г. ожидается достижение конкурентоспособности композиционных материалов по сравнению с металлическими и по стоимости. Поэтому к 2000-му году будет, по-видимому, выпущено много серийных самолетов, полностью выполненных из композиционных материалов. "

На рис. 125 показано размещение армированных высокомодульных накладок и включений из эпоксидного боропластика (композита) в алюминиевых авиационных профилях, а на рис. 126 и 127—применение композиционных материалов в современйых вертолете и скоростном истребителе1.

Подкрепление высокомодульными демпфирующими накладками и включениями из композиционных материалов металлических деталей — это эффективное средство их отстройки от резонансных режимов и снижения уровня возникающих в них вибронапряжений. Значительный эффект достигается также в случае покрытия карбоволо-книтом деталей корпуса компрессора, патрубков и трубопроводов газотурбинного двигателя.

Точность соблюдения размеров и свойств, а также стабильность свойств во времени, которые определяют надежность термобиметаллических  элементов  и  защищаемых  ими устройств.  Для повышения чувствительности к температуре желательно, чтобы модули  упругости  обоих  компонентов  термобиметалла  были  близки. Принцип действия термобиметаллов основан на зависимости их деформации от температуры (рис, 10,6). Так как ток, возникающий в проводнике, приводит  к его нагреву, термобиметаллы можно использовать в качестве электромеханических преобразователей, а также элементов, выполняющих измерительные, защитные или регулирующие функции. Термобиметаллы можно применять для процессов, непосредственно сопровождающихся изменением’ температуры, или процессов, в которых может быть использована косвенная зависимость деформации тер-мобкметалла от температуры. В приборостроении имеют большое значение низковольтные приборы, в которых термобиметаллы рациональна применять в качестве элементов автоматики. Термобиметаллы наряду с простотой конструкции относительно дешевы.

Наиболее часто применяют термобиметаллы для непосредственного измерения или регулирования температуры, а также в качестве компенсатора температуры в измерительной технике. В авиационном приборостроении термобиметаллические компенсаторы встраивают в измерительные приборы для того, чтобы исключить влияние изменения окружающей температуры на точность показаний. Для этих приборов компенсатор иногда изготавливают в форме спирали (рис. 11). Термобиметаллические компенсаторы находят также применение в весьма точных электрических счетчиках. Термобиметаллы широко используют в технике связи в качестве реле защиты электрических машин и устройств (в том числе линий, двигателей, трансформаторов и др.) от чрезмерного нагрева, вызванного большим током при перегрузке или аварийных состояниях; в качестве тепловых реле времени в телефонии, если время действия электромагнитных реле недостаточно; в пожарных сигнальных устройствах и многих других элементах автоматики приборостроения.

Решение поставленных задач будет осуществляться, по-видимому, путем проведения следующих мероприятий: более широкого применения смесей. РЗЭ; разработки спеченных и дис-персионно-твердеющих магнитов на основе фаз типа R2(Co, Fe)i7 прежде всего с участием самария; дальнейшего совершенствования технологии (методов измельчения, спекания, термической обработки, предварительной стабилизации); применения магнитов на основе R—Со-порошков с металлическими и органическими связками.

Многие магнитномягкие материалы авиационного приборостроения работают в сложных условиях одновременного воздействия агрессивной среды, температуры и давления. Такие материалы наряду со стабильностью магнитных характеристик должны иметь высокую коррозионную стойкость в различных эксплуатационных средах — условиях высокой влажности, морской воде и др. В противном случае воздействие агрессивной среды может привести к необратимым изменениям кристаллической структуры ферромагнетика: образованию окислов, перераспределению примесей и легирующих элементов и другим нежелательным явлениям, сопровождающимся ухудшением магнитных свойств.

Критерий оценки стабильности магнитного материала — относительное изменение его свойств в течение заданного отрезка времени, которое оценивается коэффициентом временной стабильности. Магнитные материалы считаются стабильными, если магнитная проницаемость их в течение года изменяется не более чем на 0,1-0,2%.

Разнообразие их химической природы, происхождения- и структуры делает спектр их технических свойств намного более широким, чем у металлов и сплавов: по механической прочности изотропные неметаллические материалы % большинстве случаев уступают металлическим сплавам, однако вытянутые из них тонкие нити и особенно нитевидные кристаллы («усы») обладают существенно более высокими удельными прочностью, жесткостью и коррозионной стойкостью, чем металлическая проволока и усы металлов. Это позволяет получать ориентированные пластические массы (композиты), арми- ‘ рованные стеклянными волокнами (стеклопластики), с удельной проиностыо в направлении ориентации волокна, в 2—3 раза превышающей удельную прочность легированной стали и титановых сплавов, а также ориентированные боропластики и углепластики с близкими к стеклопластикам значениями удельной прочности, но в 4—5 раз большей, чем у стеклопластиков и авиационных „ металлов, удельной жесткостью.

Особенностями свойств, других групп неметаллических материалов, неприсущими металлам, являются:

а)   способность к высокоэластической обратимой деформации (доходящей при растяжении до 1000— 1200%), высокие демпфирующие (амортизационные) свойства и непроницаемость для жидкостей и газов у резин1 (эластиков);

б)   светопрозрачность аморфных органических и силикатных стекол, а также некоторых видов ситаллов2;

в)  исключительная химическая стойкость фторопластов и фторкаучуков, многих керамик, ситаллов, а также некоторых силикатных стекол, пластмасс, волокон, пленок и покрытий;

г)   клеящая (адгезионная) способность многих смол, некоторых термопластов, каучуков и цементов;

д)   выдающаяся огнеупорность окисной и особенно бескислородной керамики и графита;.

е)   способность замедлять нейтроны при ядерных реакциях (графит, окись бериллия и Др.), поглощать ядерные излучения (свинцовые стекла, графитовые ткани) и быть устойчивыми к их воздействию (неорганические и циклоцепные полимеры).

Присутствие пластификатора (дибутилфталат, трикрезилфосфат и др.) сообщает материалу эластичность, мягкость, лучшую морозостойкость (—15-;—50°С). Температура текучести пластикатов 160—195° С в виде эластичных пленок разной толщины и прокладочных листов.

Пластикаты в виде эластичных пленок разной толщины и прокладочных листов применяют для наружной изоляции проводов и кабелей, консервации автомобильных и авиационных двигателей, изготовления средств защиты при работе с радиоактивными веществами, так как они плохо, поглощают "радиоактивные загрязнения и хорошо очищаются от них. Из пластиката получают трубы, печатные валики, уплотнительные прокладки (в гидравлических прессах, насосах, аккумуляторах); его используют для покрытия тканей (например, искусственная кожа, конвейерные ленты).

Полиамиды — кристаллизующиеся полимеры. Кроме того, отдельные цепочки макромолекул располагаются таким образом, что между группами СО и NH, принадлежащими различным цепочкам,, возникает водородная связь, способствующая образованию регулярной структуры. При одноосной ориентации получаются полиамидные волокна, а при двухосной — пленки. Предел прочности полиамидов в неориентированном состоянии равен 50—100 МПа, а прочность волокон достигает 600 МПа — повышается на порядок.

Однако они недостаточно полно осуществляют этот процесс и качество холодной склейки получается хуже, чем горячей-.

Давление обеспечивает более плотное соприкосновение склеиваемых поверх-^ ностей, вызывает ориентацию цепей полимеров в плоскости склейки и компенсирует возможную усадку клеевой пленки. Все это увеличивает прочность" клеевого шва.

Время выдержки должно быть достаточным для завершения химических процессов отверждения пленкообразующего.

В отечественном авиастроении для склеивания деталей из металлов и конструкционных неметаллических материалов широко применяют клеи на основе различйых синтетических смол: фенолоформальдегидных (^модифицированных и модифицированных поливинилацеталя-ми и каучуком), эпоксидных, полиуретановых, кремний-органических и др.

Кроме смоляных клеев, в авиастроении используют также клеи на основе каучуков или их композиций со смолами. Так, для склеивания резин и приклеивания теп-лозвукоизоляции, тканевых материалов разного назначения к металлам применяют клеи 4НБ-Ув на основе хло-ропренового каучука, КР-5-18 и КР-5-18Р на основе нит-рилыюго каучука и фенолорезорцшювой смолы, 88НП на хлоропреновом каучуке и фенолоформальдегидной смоле и др.

Условия работы некоторых видов летательных аппаратов (на криогенном топливе) потребовали создания новых конструкционных клеев, пленки которых могут работать нормально при низких температурах без охруп-чивания и сокращения размеров. Эти клеи используют для соединения пар металл — металл, металл — пластик, пластик — пластик. Они позволяют, например, присоединять кронштейны, скобы, прокладки и другие детали к поверхностям топливных баков без возникновения концентраторов напряжений, неизбежных при сварке и других обычных методах крепления.

Для работы изделий в условиях воздействия агрессивных сред важное значение может иметь наличие напряжений в материале или наличие следов предшествующей пластической деформации. Эти факторы могут сильно ускорять коррозионное воздействие. В связи с этим появился термин «коррозия под напряжением», указывающий на усиленное воздействие коррозионной среды при наличии внешних нагрузок. Коррозия под напряжением обычно протекает во времени и проявляется в постепенном накоплении признаков разрушения, приводящих к окончательному разрушению детали.

В условиях, воздействия переменных нагрузок и коррозионной среды проявляется так называемая коррозионная усталость. Если при усталости появляются и постепенно развиваются вглубь микротрещины, то при наличии коррозионной среды этот процесс может многократно усиливаться.

Прогресс авиационной техники все более определяется совершенствованием контрольных, регистрирующих и управляющих приборов. Для изготовления приборов применяют широкий круг материалов, важнейшими из которых являются коррозионностойкие стали для передаточных механизмов, сплавы для упругих чувствительных элементов, высокоизносостойкие сплавы, работающие на истирание, биметаллические сплавы, сплавы с заданными электрическими и магнитными свойствами, контактные сплавы, сплавы с заданными температурными коэффициентами линейного расширения, модулями упругости и др.

Благодаря высокой удельной прочности и жаропрочности титановые сплавы нашли самое широкое применение в авиационной технике. Существенная положительная особенность титана — его высокая коррозионная стойкость в атмосфере влажного воздуха и в морской атмосфере. По-коррозионной стойкости титан (и в несколько меньшей степени титановые сплавы) превосходит нержавеющие стали. Высокая коррозионная хтойкость титана связана с образованием на поверхности плотной окисной пленки Ti02, надежно защищающей от дальнейшего окисления. Однако надо учитывать, что в некоторых кислотах (плавиковая, соляная, серная, уксусная) титан не обладает достаточной стойкостью, поскольку окисная пленка в этих кислотах растворяется.

Особенность титана и его сплавов — способность поглощать газы > (водород, кислород, азот) из окружающей среды, причем чем выше температура, тем интенсивнее поглощение. При насыщении свойства титана существенен изменяются: прочность несколько возрастает, пластичность и ударная вязкость уменьшаются, удельное электросопротивление значительно увеличивается.

В настоящее время существует незначительное число сплавов, обладающих одновременно сверхпроводимостью в условиях низких температур и хорошей технологичностью, которая необходима для получения лент и проволоки. К ним относятся сплавы ниобия с титаном 65БТ, 50БТ, 35.БТ.

Титан образует с молибденом, ниобием, ванадием и другими металлами высокопластичные однофазные и двухфазные сплавы. Разработаны немагнитные сплавы с небольшим температурным коэффициентом линейного расширения, малой теплопроводностью н антиэмиссионными свойствами в определенных средах

Бериллий является перспективным материалом для авиации, приборостроения, космической и атомной техники. Применение его позволяет существенно увеличить скорости полета, грузоподъемность, уменьшить массу конструкций летательных аппаратов, повысить точность навигационных приборов.

Одно из важнейших достоинств бериллия — сочетание крайне высокого модуля упругости с низкой плотностью. По значению плотности бериллий близок к магнию (1848 и 1740 кг /м3 соответственно), однако модуль упругости бериллия примерно в 7 раз больше, чем магния, и близок к модулю упругости молибдена, плотность которого составляет 10200 кг/м3.

На рис. 59 и 60 представлены значения модуля упругости и удельной жесткости для ряда металлов.

По значениям удельной прочности и удельной жесткости бериллий превосходит многие металлы. Он обладает высокой удельной теплоемкостью, тепло- и электропроводностью, относительно высокой коррозионной стойкостью. Важное достоинство бериллия — его высокая размерная стабильность, хорошее сопротивление износу, демпфирующая способность, близкая к нулю магнитная врсприимчи-вость, близость температурного коэффициента линейного расширения к данной характеристике стали и, как следствие, хорошая совместимость со сталями. Указанное сочетание свойств способствует использованию бериллия в точных приборах и устройствах, в кото-’ рых необходимо соединять разнородные металлы.

Однако  широкому   применению бериллия црепятствуют серьезные недостатки: низкие значения пластичности, ударной вязкости, значительная анизотропия механических свойств, токсичность и высокая стоимость. Поэтому бериллий целесообразно использовать в тех случаях, когда его ценные свойства проявляются наиболее эффективно.

Несмотря на недостатки, бериллий, безусловно, может быть отнесен к числу уникальных аэрокосмических материалов.

Материями называют ткани, имеющие на одной из поверхностей (очень редко на обеих) водоупорное покрытие специальной пленкой,

В качестве ткани-подложки чаще всего используют: миткали и бязи (для легких материй), молескины, саржи и диагонали (материи средней массы), палатки, иногда мешковину и бельтинг (для тяжелых материй). Для специальных авиационных материй особо легкой массы в качестве подложки применяют тонкую капроновую ткань.

Материи с пленками на основе растительных масел (с пигментами и наполнителями), имеющие на поверхности тисненый или печатный рисунок или гладкие, называют клеенками. Клеенки выпускают шириной 91—140 см, с массой 1 м2 от 275 до 1420 г и водостойко-

стью 150—500 мм вод. ст.*. Несколько видов клеенки выпускают с нитроцеллюлозным покрытием.

Материи с пленками на основе нитроцеллюлозы называют дер-матинами и лидеринами.

Дерматины и лидерины выпускают гладкими или с рельефным тисненым рисунком. Дерматины вырабатывают на подложке из миткаля, молескина, башмачной ткани и саржи, лидерин — только на миткале. Дерматины выпускают шириной 58—128 см и массой 1 м2 от 190 до 660 г. Лидерины имеют ширину от 56 до 105 см и массу 1 м2 220 г.

Некоторые специальные методы испытаний дерматинов и лиде-ринов изложены в .стандартах на их изготовление.

С учетом этих свойств и используют неметаллические материалы в авиационной технике: для создания основной конструкции (стекло-, угле- и боропластики, древесина), остекления, амортизации и герметизации, противокоррозионной, тепловой, химической, противорадар-ной и противорадиационной защиты, звукопоглощения, электроизоляции и других специальных целей.

Переработку пластмасс, резин, стекла, керамик и других неметаллических материалов в изделия ведут главным образом методами пластической деформации: прессованием, литьем, выдавливанием (экструзией) и др., а также напылением, окунанием, шпатлеванием и др.  (лакокрасочные покрытия, клеи, и герметики). Эти методы отличаются большей производительностью и значительно меньшими отходами (коэффициент использо- вания материала 0,86—0,95) от механической обработки заготовок (точение, фрезерование, сверление и пр.), зачастую преобладающей при изготовлении металлических деталей (коэффициент использования 0,5—0,8). Поэтому, например, детали из пластических масс, как правило, оказываются не только в 4—9 раз дешевле деталей из цветных металлов, но в отдельных случаях (литьевые пластмассы) в 2—6 раз дешевле деталей из черных металлов. Детали из стекла ,и керамик также в большинстве случаев дешевле металлических.

Коммунистическая партия и Советское правительство неоднократно указывают на большое значение неметаллнчсских полимерных материалов для народного хозяйства и на необходимость быстрейшего развития их производства и применения.

Бериллиевую проволоку применяют при изготовлении композиционных материалов, в качестве матрицы для которых выбирают алюминий, титан, серебро и медь.-Эти композиции имеют высокие удельную прочность и жесткость.

По сравнению с композициями, армированными хрупкими волокнами бора, графита и карбида кремния, бе-риллиевые композиции обладают более высоким сопро- тивлением баллистическому удару, большей вязкостью и лучшей способностью к формоизменению при обработке давлением-

Применение бериллия и его сплавов

Бериллий, обладая высокой замедляющей способностью, малым сечением поглощения нейтронов, большим сечением их рассеяния и достаточной стойкостью в условиях облучения, является незаменимом материалом для замедлителей и отражателей нейтронов в атомных реакторах. Использование бериллия для отражателей способствует уменьшению размеров активной зоны, минимальным потерям нейтронов, более равномерному распределению их потока, увеличению мощности реактора, повышению рабочей температуры.

Вслед за использованием бериллия в атомной технике его начали применять в ииерциальных системах навигации для ракет, в военной авиации и на подводных лодках, позднее и в гражданской авиации. Бериллий используют в 90% всех выпускаемых гироскопах высшего класса.

Неметаллические полимерные материалы —смолы, каучуки и полимеризующиеся растительные масла — обладают по сравнению с металлами и сплавами невысокими абсолютными значениями прочности и жесткости, поэтому при использовании для изготовления нагруженных изделий их издавна усиливают каркасами из прочных волокон, нитей или тканей (волокнистые наполнители в пластмассах, кордные и другие ткани в покрышках резиновых шин, в резиновых мягких топливных баках, шлангах, армирующие ткани в лакокрасочных покрытиях, клеевых соединениях и др.).

Металлы и сплавы имеют высокие механические свойства, поэтому идея их армирования начала реализоваться лишь к середине шестидесятых годов XX в., в связи с исключительно высокими требованиями, предъявляемыми к прочностным свойствам и жаропрочности материалов сверхзвуковой авиации и космической техники.

В современном понимании композиционные материалы представляют собой искусственно полученное объемное сочетание пластичной или упругой матрицы (связующего) с прочным и жестким усилителем (наполнителем), обладающее выдающимися механическими свойствами и высокой термо- или жаростойкостью. При этом матрица прочно связывает волокна наполнителя и передает им возникающие в материале нагрузки.

К современным композиционным материалам относят: композиты на полимерных матрицах — стекловолок-ниты, усиленные стеклянными волокнами, бороволокни-ты, усиленные волокнами бора, углеволокниты, усиленные волокнами углерода: органоволокниты, усиленные органическим волокном; композиты на металлических матрицах, усиленные (армированные) волокнами бора, углерода, сапфира или стальными, титановыми, берил-лиевыми, вольфрамовыми, молибденовыми и другими проволоками, и композиты, усиленные сверхпрочными нитевидными кристаллами («усами», «вискерсами») неметаллической или металлической природы на полимерных или металлических матрацах.

(т. е. среднее арифметическое между показателями     удельной     прочности     по     основе  и по  утку) <400 МДж/кг оценивается как -низкая, от 400 до 700 — как средняя, от 700 до 900 — как высокая и >900 МДж/кг—  очень высо-кая. Наибольшей удельной прочностью — до 1500 МДж/кг* обладают ткани из ароматического полиамидного, стеклянного, углеродного и борного волокна, натурального шелка.

Удлинение при разрыве тканей зависит от рода использованного сырья, переплетения и плотности. У различных тканей удлинение колеблется в пределах 2—40% и более для основы и для утка. Соотношение удлинений по основе и по утку зависит от характера отделки: операции, связанные с вытягиванием ткани по основе (промывки, крашение и др.), ведут к снижению удлинения в этом направлении ткани и усадке, а следовательно, повышению удлинения по утку; «ширение» ткани снижает удлинение в направлении утка.

В авиационной технике ткани используют для разнообразных целей: непосредственно при пошивке текстильных изделий — парашютов, привязных ремней, летного обмундирования, ковриков — и декоративно-отделочных целей, фильтрования и пр., в качестве силового каркаса полотняной обшивки самолетов и других композиционных слоистых материалов—текстолитов, автопокрышек, рукавов (шлангов), ‘мягких топливных баков, прорезиненных или покрытых полимерными пленками материй, электроизоляции, некоторых систем лакокрасочных покрытий, клеевых соединений и т. п.

Обычно в нейтральной атмосфере аргона  или  в  вакууме. Для   ускорения   нагрева,   кроме обычных  методов, применяют нагрев электронным  лучом.

Перед пайкой поверхность тугоплавких металлов очищают от окислов химическим или электролитическим травлением, а также механическими   способами.

Для пайки тугоплавких металлов существует большое количество припоев, и их выбор во многом определяется конкретными условиями эксплуатации и технологии пайки (табл. 14).

При выборе припоев и технологии пайки тугоплавких металлов необходима, чтобы температура пайки была сравнительно низкой, а температура распая — высокой. Так как пайку этих металлов часто производят в вакууме, среди компонентов припоя не должно быть легкоис-паряющихся элементов (хрома, марганца и др.), которые могут вызвать поры в паяном шве.

Определенные требования к технологии, конструированию паяных узлов и выбору припоев предъявляются в связи с тем, что конструкционные металлы, соединяемые с тугоплавкими, имеют различные температурные коэффициенты линейного расширения, что при пайке вызывает образование напряжений и способствует возникновению трещин. Меньшее различие в температурных коэф-

фициентах линейного расширения необходимо и при выборе припоя.

Пайка алюминия, магния и их сплавов. Алюминиевые и магниевые сплавы широко применяют в приборах авиационной техники, в которых часто бывает необходима пайка. Процесс пайки этих металлов и сплавов на их основе-осложняют тугоплавкие окисные пленки, обладающие высокой химической стойкостью и не удаляющиеся при пайке в высоком вакууме (до 1,3*Ю-3— —1,3-10—4 Па) и в инертных газовых средах. После же удаления пленки довольно быстро образуется новая, что ограничивает время между удалением пленки и пайкой, которое устанавливает технолог и которое должно строго соблюдаться.

Особенно целесообразно применять в деталях компрессоров подъемных и дозвуковых маршевых газотурбинных двигателей, в которых рабочая температура газа по тракту относительно низка. Снижение массы при этом может составить 10—18%. Дополнительный эффект при использовании композитов достигается вследствие уменьшения шума, повышения аэродинамического к. п. д., снижения расхода топлива и улучшения приемистости двигателя.

Углерод-углеродные (С — С) композиты

Перспективными для применения в авиационно-космической технике являются чисто углеродные композиционные материалы, представляющие собой углеродную матрицу, армированную углеродными, волокнами или тканями. Один" из процессов их получения — последовательное проведение следующих операций:

пропитка углеродных или графитовых волокон или тканей фенольной смолой, например в процессе их намотки на оправку;

отверждение связующего при заданных температуре и давлении;

механическая обработка заготовок до заданных размеров;

обжиг заготовок в контролируемой атмосфере с целью карбонизации связующего;

науглероживание — отложение в образовавшихся при отверждении и обжиге порах материала пироуглерода, получаемого в результате термической деструкции при  углеводородного газа (например, метана , в среде которого помещаются заготовки;

графитация  полученных деталей  при   ~3000° С.

При использовании ткани трехмерной структуры для армирования материала деталей, полученных из композита , их абляционные (теплозащитные) свойства не уступают высокому уровню свойств деталей из неар-мированного графита, а механические свойства, как’ это видно из данных табл. 46, существенно выше.

Сочетание высокой прочности и диэлектрических свойств при высоких температурах и частотах позволяет использовать спеченный глинозем для изготовления обтекателей радиолокационных антенн некоторых летательных аппаратов, а наивысшая стойкость к дождевой эрозии делает его перспективным для повышения срока службы аналогичных обтекателей гиперзвуковых самолетов. Применяют также корундовые покрытия для защиты от окисления металлических деталей летательных аппаратов и двигателей.

Хорошая теплопроводность в сочетании с химической стойкостью позволяет многие годы широко использовать корундовую изоляцию в свечах зажигания двигателей внутреннего сгорания.

Интересное применение в авиационной технике могут найти корундовый «пенолегковес» с объемной массой 1000 кг/м3 и огнеупорностью 1865—1920° С, а также прозрачный беспористый корунд — «люкалокс», пропускающий до 98% падающего на него света. Максимальная рабочая    температура    люкалокса   ~2000° С.

Потребителями корундовой керамики являются такие отрасли, как атомная энергетика (конструкционные детали, матрицы-носители U02 в тепловыделяющих элементах и др.), металлургия (футеровка печей и "тигли для плавки металлов), металлообрабатывающая (минералокерамические режущие инструменты, абразивы), электротехника, вакуумная техника, электроника и химическая промышленность.

Керамика из двуокиси циркония Zr02 существует в двух модификациях: моноклинной (до 1040— 1080°С)’ и тетрагональной (выше 1600°С). Обратимый полиморфный переход из первой модификации во вторую сопровождается 7%-ной усадкой и растрескиванием изделия. Поэтому Zr02 стабилизируют добавкой 3— 8% СаО, вследствие чего тетрагональная модификация переходит в более стабильную кубическую. Ввиду низкой термостойкости стабилизированной Zr02 при изготовлении из нее изделий добавляют ‘Д моноклинной ее модификации, имеющей меньшее термическое расширение и повышающей поэтому термостойкость материала.

Это тонколистовые гибкие, прозрачные, преимущественно синтетические полимеры. Толщина пленок 0,01—0,1 мм, реже 0,002 и <С0,5 мм. Их изготовляют из термопластов. Основные свойства и обозначения синтетических пленок представлены в табл. 36. Для многих пленок, кроме того, оценивается стойкость к распространению надрыва, изменяющаяся от 4-—20 г у ТАЦ, двухосноориентированных ПС и ПП, до 100—500 г у ПТФЭ и ПЭ, а также стойкость к много-

кратному двойному изгибу, оцениваемая как хорошая у ПТФХЭ, как очень высокая у ПЭ низкой плотности и достигающая 100 000 циклов у ПЭТФ и 250 000 циклов у ПАМ.

В авиационной технике пленки применяют для изготовления баллонов автоматических стратостатов и шаров-пилотов, консервирующих оболочек для длительного хранения двигателей и т. п. целей. В электротехнике и радиоэлектронике пленочные материалы применяют особенно широко в качестве диэлектриков конденсаторов, обмоточных и монтажных проводов, кабелей и для пазо-

вой изоляции электрических машин. Применяют пленки и в комбинации со специальными сортами бумаги, картона, стеклянными, асбестовыми и синтетическими волокнами и тканями, наклеивают на пленки очень тонкие чешуйки стекла и слюды.

К волокнистым материалам, используемым в авиационно-космической технике, относятся собственно текстильные волокна и нити, а также изготовленные из них нетканые материалы, бумага, войлок, стеганые и рыхло-клееные материалы, крученые и плетеные изделия, ткани, трикотаж и материи. Волокнистую структуру имеет также древесина.

Вытянутые в длинные и тонкие нити цепи макромолекул волокнообразующего полимера получают преимущественную ориентацию в направлении продольной оси; ориентируются в этом же направлении трещины и другие микродефекты, которых в ограниченном сечении волокна очень мало. Поэтому прочность волокон во много раз выше прочности исходного изотропного (неориентированного) тела: например, предел прочности на растяжение стеклянного волокна выше, ^ем исходного массивного стекла примерно в 100 раз. Благодаря этому волокна и волокнистые материалы используют в качестве кар-кассирующих усилителей (наполнителей) в композиционных материалах на смоляных, эластиковых, неорганических (керамических и металлических) матрицах.

Старение вызывает постепенное, обычно необратимое ухудшение эксплуатационных   свойств   материалов.

При работе деталей авиационной техники под открытым небом менее стойкие неметаллические материалы предохраняют от ускоренного старения введением в их состав ингибиторов (противостарите-лей) и нанесением покрытий. Защитные покрытия изготовляют из наиболее стойких органических и неорганических полимеров.

Испытания атмосферостойкости материалов или деталей проводят в естественных или ускоренных условиях. Для определения есте: ственного старения образцы устанавливают под открытым небом в различных климатических зонах, проводят их периодические осмотры и испытания. Искусственное, ускоренное старение производят в лабораторных условиях, воздействуя на образцы материалов отдельными деструктирующими факторами или их комбинациями, наиболее близко воспроизводящими естественные условия эксплуатации. Высокоэластичност-ь присуща только высокополимерам. Неорганические низкомолекулярные кристаллические тела (рис. 76, б) и низкомолекулярные аморфные органические и неорганические вещества ее не имеют (рис. 76, в, кривые 1, 2).

Механические свойства изделий из бериллия колеблются в широких пределах и за-’ висят от чистоты металла, технологии производства, размеров зерен, степени анизотропии, скорости, испытания и других факторов.

Бериллий, относясь к легким* металлам, обладает чрезвычайно высоким модулем нормальной упругости, равным 310 ГПа. Эта величина до 500° С слабо зависит от температуры (рис. 60). Известно, что от модуля нормальной упругости зависит жесткость конструкции, а для многих изделий авиационной техники — это определяющее требование.

Высокие скорости полета приводят к повышению рабочих температур материала конструкции, а это сопровождается уменьшением модуля упругости. Поэтому в ряде случаев необходимо принимать специальные меры для повышения жесткости конструкций. При равных массовых характеристиках бериллий сопротивляется потере упругой устойчивости при сжатии в 3 раза лучше алюминиевых сплавов и в 5 раз лучше стали. Следует также’ иметь в виду, что благодаря сочетанию у бериллия малой плотности с высоким модулем нормальной упругости в деталях из бериллия практически отсутствуют резонансные колебания.

Знать тип реакции особенно необходимо при выборе материала дли изготовления крупногабаритных деталей из армированных пластмасс на отверждаемых связующих. В случае поликонденсационного механизма реакции отверждения олигомерной матрицы (связующего), осуществленного чаще всего при температуре выше 100° С, выделяющиеся газообразные побочные продукты реакции могут вызвать образование пористой, рыхлой структуры детали. Поэтому в данном, наиболее распространенном случае прессования деталей применяют высокие давления (порядка десятков мегапаскалеи) и массивные стальные прёсеформы для предотвращения, расширения выделяющихся газов и взрыхления (образования раковин) материала.

При отверждении же деталей на олигомерных связующих (смолах), не выделяющих побочных продуктов реакции (эпоксидные, ненасыщенные полиэфирные, некоторые полиамидные матрицы), применяют давления на два порядка меньше (десятые доли мегапаскалеи) и существенно менее сложные технологические процессы формообразования.

Лишь после получения эпоксидных и других связующих полиме-ризационного отверждения стало технически возможным и экономически целесообразным изготовление из армированных пластмасс корпусных и других крупногабаритных   деталей   авиационной техники.

Обладают повышенной теплостойкостью по сравнению с карбоцепны-ми и гетероцепными, поэтому материалы на их основе особенно перспективны для авиационной техники.

Формы макромолекул. Макромолекулы полимеров могут иметь одну из шести форм, показанных на рис. 70.

Линейная неразветвленная форма (рис. 70, а) допускает плотную «упаковку» макромолекул в единице объема, облегчает кристаллиза-

цию и обеспечивает получение более плотных и прочных, менее растворимых и плавких, более стойких к внешним воздействиям полимеров.

Разветвленная форма (рис. 70, б) труднее упаковывается и дает более рыхлые, менее прочные и стойкие, легче растворимые и плавкие полимеры. При этом полимеры, имеющие «мохнатые» молекулы с короткими и частыми ответвлениями, обладают худшими свойствами, чем полимеры с молекулами, имеющими длинные и редкие ответвления.

Наконец, сшитые формы макромолекул присущи наиболее прочным, нерастворимым и неплавким полимерам, лишь набухающим в растворителях и размягчающимся при нагревании — лестничным, сетчато-пространственным и паркетным (рис. 70, в—д соответственно).

Они имеют низкие прочность и модуль упругости, соответствующие свойствам связующего. Поэтому необходимо, чтобы волокна были расположены вдоль траекторий действующих в конструкции сил или перекрестно.

Реальные листовые обшивочные материалы  имеют две  системы   армирующих волокон, ориентированных в двух взаимно перпендикулярных направлениях в плоскости листа, и обладают ортогональной анизотропией (рис. 77, ортотропные пластины).

Модуль упругости Е, МПа, характеризующий жесткость Mate-риала, определяют как отношение приращения напряжения к приращению относительной деформации на .начальном линейном участке кривой деформирования при статическом  нагружении образцов:

В авиационной технике особенно важно создание прочных и надежных конструкций при минимальной массе.

Удельной прочностью е, Дж/кг, материала называют отношение предела прочности ов к его плотности

Чем больше эта величина, тем выгоднее материал. Аналогичная, характеристика дается для сравнительной оценки упругих свойств:

отношение модуля упругости к плотности материала называется удельной жесткостью.

При сдвиге: и отрыве существенно зависит от величины- клеевых утолщений на торцах сотопластов. Прочность увеличивается при использовании для соединения сотопластов с обшивкой клеевых пленок или из пропитанных связующим промежуточных слоев (рис. 124).

Панели с заполнителем из сотопласта применяют в авиастроении для отделки интерьеров пассажирских салонов как декоративные и звукопоглощающие материалы, в несущих конструкциях полов, переборок, кресел, лопастей вертолетов, крышек люков, мотогондол, воздухозаборников, передних кромок крыла и элеронов, самолетов. Высокие теплоизоляционные свойства сотопластов, получаемых из стеклопластиков, обусловили их применение для наружной теплозащиты и теплоизоляции космических кораблей, а хорошие электроизоляционные свойства и радиопрозрачность — в антенных аэродинамических обтекателях самолета и ракетостроении. Сотопласты из полиэтилентерефталатной пленки используют для теплоизоляции сосудов в криогенной технике. Для выкладки сотопласта по плоской поверхности изделия используют панели с шестигранной формой ячейки, по цилиндрической поверхности — с прямоугольной формой ячейки, которая получается растяжением из шестигранной, по сферической — с гибкой формой ячейки. Для получения панелей с повышенной прочностью на сжатие применяют сотопласты с шестигранной усиленной формой ячеек.

На основе синтетических смол изготовляют разнообразные пластические массы. В состав большинства из них, кроме связующего (смолы), входят и другие компоненты (наполнители, пластификаторы, красители и др.). Их перерабатывают в изделия, главным образом методом прессования.