2.3 Взаимодействие компонентов на границе раздела фаз

Взаимодействие. Согласно термодинамическим расчетам стабильность оксида алюминия в никеле высока вплоть до температуры плавления никеля. Однако длительные нагревы при высоких температурах на воздухе приводят к насыщению никеля кислородом, образованию оксида никеля NiO и взаимодействию оксидов никеля и алюминия с образованием шпинели NiAl204 на границе волокно - матрица. При этом нарушается связь между волокном и матрицей. Чтобы увеличить прочность связи между волокнами или НК оксида алюминия и никелевой матрицей при получении КМ горячим прессованием на волокна наносят тонкие покрытия из металлов или керамики. Лучшие результаты получены при нанесении на волокна оксидов иттрия и тория, вольфрамовых пленок и технологических слоев из никеля или нихрома.

Жидкая никелевая матрица не смачивает поверхность волокон оксида алюминия. Для улучшения пропитки в матрицу вводят добавки титана, циркония и хрома. Титан уменьшает краевой угол смачивания и межфазную энергию, снижает прочность на сдвиг, но увеличивает работу адгезии. Хром повышает краевой угол смачивания, увеличивает межфазную энергию, но уменьшает работу адгезии. Цирконий увеличивает краевой угол смачивания, снижая межфазную энергию и работу адгезии.

Добавки титана, циркония и хрома к никелевой матрице взаимодействуют с волокнами оксида алюминия. Одновременно с увеличением межфазной энергии между волокном и матрицей это взаимодействие ухудшает структуру волокон и разупрочняет их. Интенсивность взаимодействия волокон оксида алюминия и никелевой матрицы можно регулировать подбором матриц либо защитных покрытий. При получении КМ литьем нельзя использовать промышленные никелевые сплавы, содержащие титан и цирконий. В качестве покрытий на волокнах для литых KM Ni - Аl203 используют тугоплавкие металлы, например вольфрам, платину. Рекомендуются двойные покрытия, состоящие из внутреннего слоя Y2O3 (для защиты волокна в процессе эксплуатации при высоких температурах) и наружного слоя вольфрама толщиной 6-10 мкм (для улучшения условий пропитки).