КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

3.1. Основные определения

и классификация композиционных материалов

3.2. Металлические композиционные материалы

3.3. Углерод-углеродные композиционные материалы

3.4. Керамические композиционные материалы

Вероятно, могут быть созданы способы формирования двухслойной структуры, либо с помощью облучения подложек тепловыми нейтронами, либо испарением легколетучей примеси, которой является фосфор, из приповерхностных слоев высоколегированной подложки.

В Московском институте стали и сплавов работы по направлению Непланарная электроника проводятся с 1999 года. За это кремя совместно с АО Элекс (г.Александров) и Томилинским электронным заводом удалось рещить некоторые задачи и отработать элементы про-мыпменной технологии производства первых непланарных выпрямительных диодов с барьером Шоттки.

К настоящему времени рещены следующие технологические задачи:

- разработана технология механической и химико-динамической обработки внутренней и внешней поверхностей цилиндрических подложек;

- разработаны способы нанесения замкнутых металлических слоев на цилиндрическую поверхность;

- разработан способ резки профильных кристаллов на заготовки и обработки их торцов;

- предложена конструкция металлических силовых токопроводящих контактов к цилиндрической поверхности;

- экспериментально показана возможность эпитаксиального выращивания замкнутых монокристаллических слоев кремния на боковой поверхности цилиндрической низкоомной подложки;

- разработана и изготовлена оснастка для измерения основных электрофизических характеристик и контроля качества структуры этих слоев.

В настоящее время ведутся работы по совершенствованию технологии получения профилированных монокристаллов кремния методом Степанова.

3.1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Композиционный материал (КМ) - это материал, состоящий из двух или нескольких компонентов, которые отличаются по своей природе или химическому составу, где компоненты объединены в единую монолитную структуру с границей раздела между структурными составляющими (компонентами), оптимальное сочетание которых позволяет получить комплекс физико-химических и механических свойств, отличающихся от комплекса свойств компонентов.

Компонент, непрерывный во всем объеме композиционного материала, называется матрицей. Компонент или компоненты прерывистые, разъединенные матрицей, называются арматурой или армирующим компонентом, или, иногда, наполнителем. Понятие армирующий означает введенный в материал с целью изменения его свойств , но не несет в себе однозначного понятия упрочняющий .

Композиционный материал классифицируется по нескольким основным признакам: а) материалу матрицы и армирующих компонентов; б) структуре: геометрии (морфологии) и расположению компонентов (структурных составляющих); в) методу получения; г) области применения. Рассмотрим некоторые аспекты классификационных характеристик композиционных материалов.

Материал матрицы и армирующих компонентов. Характеристика композиционных материалов по материалу матрицы и армирующих компонентов указывает на их физико-химическую природу. В настоящее время по материалу матрицы различают:

1. Металлические композиционные материалы или композиционные материалы на основе металлов и сплавов. Чаще всего используются алюминий, магний, титан, медь и сплавы на их основе. Также делаются попытки использовать в качестве матрицы высокопрочные стали, тугоплавкие металлы и сплавы.

2. Композиционные материалы на основе интерметаллидов, когда в качестве матрицы используются интерметалл иды - химические соединения металлов с металлами. Это относительно новый класс композиционных материалов, в котором в качестве материала матрицы используются жаропрочные интерметаллиды TijAl, TiAl, NiAl, NijAl и др. [1].

Иногда к этой группе КМ относят композиты на основе силицидов металлов типа MoSi2, NbSig и т. д.

3. Керамические композиционные материалы. В качестве матрицы этих материалов используются неорганические соединения оксидов, карбидов, нитридов и т. п. Это относительно новый класс композиционных материалов, который имеет перспективы, как класс супержаропрочных материалов [2].

4. Композиционные материалы на основе неметаллических компонентов.

Это прежде всего композиционные материалы на основе углерода, которые считаются одними из самых перспективных конструкционных материалов, особенно в сочетании с углеродными волокнами [3].

5. Композиционные материалы с матрицей из полимеров. Эпоксидные, полиэфирные и некоторые другие термоактивные смолы, а также полимерные термопласты являются наиболее широко распространенной группой конструкционных композитов. В качестве армирующих компонентов (наполнителей) полимерных композиционных материалов (ПКМ) обычно применяют твердые наполнители: непрерывные и дискретные волокна различной природы, ткани и нетканые материалы на основе этих волокон. Наибольшее распространение получили пластики, армированные стеклянными, углеродными, органическими, борными и некоторыми другими видами волокон.

Армирующие компоненты, или наполнители во многом определяют свойства КМ. В настоящее время широкое применение нашли армирующие компоненты, изготовленные из: 1) металлов и сплавов (сталь, бериллий, вольфрамат титана и др.); 2) неметаллов, таких как углерод и бор; 3) керамики AljOj, SiC, TiBj, TiC, AIN и др.; 4) стекол, таких как стекло Е и стекло S; 5) органических веществ, таких как лавсан, кевлар, полиэтилен и др.

Физико-механические свойства компонентов, наиболее широко используемых в настоящее время в качестве наполнителей, приведены в табл. 3.1 и 3.2.

Структура: геометрия (морфология) и расположение компонентов струк-TypHbtx составляющих. Классификация композиционных материалов по геометрии компонентов в определенной степени остается дискуссионной, так как она тесно связана с классификацией по структуре и расположению компонентов и очень часто их не разделяют. Тем не менее мы полагаем, что для лучшего понимания механики и физико-химии композиционных материалов такую классификацию провести целесообразно. Наиболее подходящей, на наш взгляд, является классификация по

Таблица 3.1. Свойства керамических наполнителей в виде частиц и гранул

Таблица 3.2. Сравнительные свойства волокон