3.3. Анализ структуры км и механизмов ее разрушения

3.3.1. Микроскопический анализ

Микроскопический анализ армированных КМ является важным методом определения их структуры, а следовательно, и эксплуатационных свойств. В процессе изготовления и эксплуатации КМ могут сформироваться разнообразные дефекты структуры: макро- и микропористость (включая различные трещины, скол на отдельных участках КМ, сдвиг, разрывы волокон), изменение фазового состава. Эти дефекты являются результатом конструкторского или технологического брака на этапе изготовления КМ или появляются благодаря воздействию механических нагрузок, температуры и среды в процессе эксплуатации. Следует подчеркнуть, что эти дефекты могут появиться не только в матрице и армированной фазе, но прежде всего, на границе этих разнородных по химическим и физико-механическим свойствам материалов.

Металлографический анализ армированных КМ позволяет определить размер пор, трещин, волокон и промежутков между ними, объемную долю структурных составляющих исследуемых образцов КМ. Методы количественного фазового и структурного анализа основываются на принципе Кавальери. Сущность этого принципа заключается в следующем. Плоские фигуры рассматриваются как состоящие из бесконечно большого числа взаимно параллельных линий, а тела – как состоящие из бесконечно большого числа взаимно параллельных плоскостей. Бесконечное число параллельных прямых располагаются между двумя прямыми, касающимися этих фигур с противоположных сторон. Если длины отрезков, отсекаемых контурами фигур на каждой из прямых, попарно равны друг другу или же находятся в определенном, постоянном для всех пар отрезков отношении, то и площади рассматриваемых фигур будут равны друг другу или будут находиться в том же отношении, что и отрезки. Если же отрезки будут равны между собой, то значит и площади их равны.

Аналогично изложенному принцип Кавальери используется для сравнения объемов двух образцов КМ или их структурных элементов с той лишь разницей, что прямые заменяют плоскостями, а отрезки – сечениями.

Разрешающая способность метода не может превышать 0,2 мкм, что определяется длиной волны белого света, включающего спектр от 3800Å (0,38мкм) для фиолетовой до 7600Å (0,76мкм) для красной линии спектра. Длина волны белого света 0,55 мкм.

На практике используют светлопольное, темнопольное или поляризованное освещение для микроскопического анализа. При темнопольном освещении исходный луч проходит сначала на параболическое зеркало, затем на поверхность образца, а потом в объектив. Этот прием позволяет заметно повысить контрастность изображения и облегчает выявление отдельных деталей наблюдаемой поверхности.

При использовании поляризованного освещения свет, проходя через специальную пластину - поляроид, становится плоскополяризованным (электромагнитные колебания приобретают определенную ориентацию в плоскости поляризации). В методе используется тот факт, что металлы (и сплавы) с кубической решеткой оптически изотропны. А металлы и неметаллические включения, имеющие некубическую решетку – оптически анизотропны. При вращении поляроида в некубических материалах возникает контрастное изображение отдельных зерен (они как бы вспыхивают в микроскопе). Таким образом в многофазном КМ с помощью поляризованного света можно отличить фазы, с кубической решеткой от фаз с некубической решеткой. Значит, можно выявлять зеренное строение КМ и фазы, входящие в них, без травления образцов.