1. Matériaux composites ou composites - matériaux du futur.

Après que la physique moderne des métaux nous ait expliqué en détail les raisons de leur plasticité, de leur résistance et de leur augmentation, un développement systématique intensif de nouveaux matériaux a commencé. Cela conduira probablement, déjà dans un avenir imaginable, à la création de matériaux d'une résistance plusieurs fois supérieure à celle des alliages conventionnels d'aujourd'hui. Dans le même temps, une grande attention sera accordée aux mécanismes déjà connus de durcissement de l'acier et de vieillissement des alliages d'aluminium, aux combinaisons de ces mécanismes connus avec des processus de formation et aux nombreuses possibilités de création de matériaux combinés. Deux voies prometteuses s'ouvrent aux matériaux composites renforcés soit de fibres, soit de solides dispersés. Premièrement, les fibres à haute résistance les plus fines en verre, carbone, bore, béryllium, acier ou monocristaux filamenteux sont introduites dans la matrice polymère inorganique métallique ou organique. Grâce à cette combinaison, une résistance maximale est associée à un module d'élasticité élevé et à une faible densité. Les matériaux composites sont précisément de tels matériaux du futur.

Le matériau composite est un matériau structurel (métallique ou non métallique) dans lequel se trouvent des éléments le renforçant sous forme de fils, fibres ou flocons d'un matériau plus durable. Exemples de matériaux composites: plastique renforcé de bore, de carbone, de fibres de verre, de câbles ou de tissus à base de ceux-ci ; aluminium, renforcé de brins d'acier, béryllium. En combinant le contenu volumétrique des composants, il est possible d'obtenir des matériaux composites avec les valeurs requises de résistance, de résistance à la chaleur, de module d'élasticité, de résistance à l'abrasion, et également de créer des compositions avec les propriétés magnétiques, diélectriques, radio-absorbantes nécessaires. et d'autres propriétés spéciales.

2. Types de matériaux composites.

2.1. Matériaux composites à matrice métallique.

Les matériaux composites ou matériaux composites sont constitués d'une matrice métallique (le plus souvent Al, Mg, Ni et leurs alliages), renforcée de fibres à haute résistance (matériaux fibreux) ou de particules réfractaires finement dispersées qui ne se dissolvent pas dans le métal de base (dispersion- matériaux renforcés). Matrice métallique lie les fibres (particules dispersées) en un seul ensemble. Les fibres (particules dispersées) plus un liant (matrice) qui composent une composition particulière sont appelées matériaux composites.

2.2. Matériaux composites avec matrice non métallique.

Matériaux composites à matrice non métallique trouvés large application... Des matériaux polymères, carbonés et céramiques sont utilisés comme matrices non métalliques. Parmi les matrices polymères, les plus répandues sont l'époxyde, le phénol-formaldéhyde et le polyamide.
Les matrices carbonisées ou pyrocarbonées sont réalisées à partir de polymères synthétiques soumis à une pyrolyse. La matrice relie la composition, lui donne forme. Les renforts sont des fibres : verre, carbone, borique, organique, à base de cristaux filamenteux (oxydes, carbures, borures, nitrures et autres), ainsi que de métal (fils) à haute résistance et rigidité.

Les propriétés des matériaux composites dépendent de la composition des composants, de leur combinaison, du rapport quantitatif et de la force de liaison entre eux.
Les matériaux de renforcement peuvent se présenter sous la forme de fibres, de cordes, de fils, de rubans, de tissus multicouches.

Le contenu du durcisseur dans les matériaux orientés est de 60-80 vol. %, en non orienté (avec fibres et moustaches discrètes) - 20-30 vol. %. Plus la résistance et le module d'élasticité des fibres sont élevés, plus la résistance et la rigidité du matériau composite sont élevées. Les propriétés de la matrice déterminent la résistance au cisaillement et à la compression de la composition et la résistance à la rupture par fatigue.

Par type de durcisseur matériaux composites classe la fibre de verre, la fibre de carbone avec la fibre de carbone, la fibre de bore et la fibre d'organe.

Dans les matériaux stratifiés, les fibres, les fils, les rubans imprégnés d'un liant sont posés parallèlement les uns aux autres dans le plan de pose. Les couches plates sont assemblées en plaques. Les propriétés sont obtenues anisotropes. Pour le travail du matériau dans le produit, il est important de prendre en compte la direction des charges agissantes. Vous pouvez créer des matériaux avec des propriétés à la fois isotropes et anisotropes.
Il est possible de poser les fibres sous différents angles en faisant varier les propriétés des composites. Les rigidités en flexion et en torsion du matériau dépendent de l'ordre d'empilement des couches le long de l'épaisseur de l'emballage.

L'empilement de durcisseurs à partir de trois, quatre brins ou plus est utilisé.
La structure de trois fils mutuellement perpendiculaires a la plus grande application. Les renforts peuvent être situés dans les directions axiale, radiale et circonférentielle.

Les matériaux tridimensionnels peuvent être de n'importe quelle épaisseur sous forme de blocs, de cylindres. Les tissus volumineux augmentent la résistance au pelage et au cisaillement par rapport aux tissus en couches. Le système à quatre brins est construit en dilatant le durcisseur le long des diagonales du cube. La structure de quatre brins est en équilibre, a augmenté la rigidité au cisaillement dans les plans principaux.
Cependant, la création de matériaux à quatre directions est plus difficile que celle à trois directions.

3. Classification des matériaux composites.

3.1. Matériaux composites fibreux.

Souvent, le matériau composite est une structure en couches dans laquelle chaque couche est renforcée par un grand nombre de fibres continues parallèles. Chaque couche peut également être renforcée avec des fibres continues tissées dans un tissu, qui est la forme d'origine, en largeur et en longueur correspondant au matériau final. Souvent, les fibres sont tissées en structures tridimensionnelles.

Les matériaux composites diffèrent des alliages conventionnels par des valeurs plus élevées de résistance à la traction et de limite d'endurance (de 50 à 10 %), de module d'élasticité, de coefficient de rigidité et de tendance réduite à la fissuration. L'utilisation de matériaux composites augmente la rigidité de la structure tout en réduisant sa consommation de métal.

La résistance des matériaux composites (fibreux) est déterminée par les propriétés des fibres ; la matrice doit principalement redistribuer les contraintes entre les éléments de renforcement. Par conséquent, la résistance et le module d'élasticité de la fibre doivent être significativement supérieurs à la résistance et au module d'élasticité de la matrice.
Les fibres de renfort rigides absorbent les contraintes apparaissant dans la composition lors du chargement, lui confèrent résistance et rigidité dans le sens de l'orientation des fibres.

Pour le renforcement de l'aluminium, du magnésium et de leurs alliages, on utilise du bore, ainsi que des fibres de composés réfractaires (carbures, nitrures, borures et oxydes), qui ont une résistance et un module d'élasticité élevés. Les fils d'acier à haute résistance sont souvent utilisés comme fibres.

Pour le renforcement du titane et de ses alliages, on utilise du fil de molybdène, des fibres de saphir, du carbure de silicium et du borure de titane.

Une augmentation de la résistance à la chaleur des alliages de nickel est obtenue en les renforçant avec du fil de tungstène ou de molybdène. Les fibres métalliques sont également utilisées dans les cas où une conductivité thermique et électrique élevée est requise. Les durcisseurs prometteurs pour les matériaux composites fibreux à haute résistance et à haut module sont les whiskers d'oxyde et de nitrure d'aluminium, le carbure et le nitrure de silicium, le carbure de bore, etc.

Les matériaux composites à base de métal ont une résistance et une résistance à la chaleur élevées, tout en étant peu plastiques. Cependant, les fibres dans les composites réduisent la vitesse de propagation des fissures provenant de la matrice, et la rupture fragile soudaine disparaît presque complètement. Caractéristique distinctive les matériaux composites fibreux uniaxiaux sont l'anisotropie des propriétés mécaniques le long et à travers les fibres et une faible sensibilité aux concentrateurs de contraintes.

L'anisotropie des propriétés des matériaux composites fibreux est prise en compte lors de la conception des pièces pour optimiser les propriétés en faisant correspondre le champ de résistance avec les champs de contraintes.

Le renforcement des alliages d'aluminium, de magnésium et de titane avec des fibres réfractaires continues de bore, de carbure de silicium, de doborure de titane et d'oxyde d'aluminium augmente considérablement la résistance à la chaleur. Une caractéristique des matériaux composites est un faible taux de ramollissement dans le temps avec l'augmentation de la température.

Le principal inconvénient des matériaux composites à renfort uni et bidimensionnel est la faible résistance au cisaillement intercalaire et à la rupture transversale. Les matériaux à renfort volumétrique en sont privés.

3.2. Matériaux composites renforcés par dispersion.

Contrairement aux matériaux composites fibreux, dans les matériaux composites durcis par dispersion, la matrice est l'élément principal qui porte la charge et les particules dispersées inhibent le mouvement des dislocations.
Une résistance élevée est obtenue avec une taille de particule de 10 à 500 nm avec une distance moyenne entre elles de 100 à 500 nm et leur distribution uniforme dans la matrice.
La résistance mécanique et thermique, fonction du contenu volumétrique des phases de renforcement, n'obéit pas à la loi d'additivité. Le contenu optimal de la deuxième phase pour différents métaux n'est pas le même, mais ne dépasse généralement pas 5-10 vol. %.

L'utilisation comme phases de renforcement de composés réfractaires stables (oxydes de thorium, hafnium, yttrium, composés complexes d'oxydes et de métaux des terres rares), qui ne se dissolvent pas dans le métal de la matrice, permet de maintenir la résistance élevée du matériau jusqu'à 0,9-0,95 T. À cet égard, de tels matériaux sont souvent utilisés comme matériaux résistant à la chaleur. Les matériaux composites durcis par dispersion peuvent être obtenus à partir de la plupart des métaux et alliages utilisés en technologie.

Les alliages les plus utilisés à base d'aluminium - SAP (poudre d'aluminium frittée).

La densité de ces matériaux est égale à la densité de l'aluminium, ils ne lui sont pas inférieurs en termes de résistance à la corrosion et peuvent même remplacer le titane et les aciers résistants à la corrosion lorsqu'ils fonctionnent dans la plage de température de 250 à 500 ° C. Ils sont supérieurs aux alliages d'aluminium forgé en termes de résistance à long terme. La résistance à long terme des alliages SAP-1 et SAP-2 à 500 ° C est de 45-55 MPa.

Les matériaux durcis par dispersion de nickel ont de grandes perspectives.
Alliages à base de nickel avec 2-3 vol. % de dioxyde de thorium ou de dioxyde d'hafnium. La matrice de ces alliages est généralement une solution solide de Ni + 20% Cr, Ni + 15% Mo, Ni + 20% Cr et Mo. Les alliages VDU-1 (nickel renforcé avec du dioxyde de thorium), VDU-2 (nickel renforcé avec du dioxyde de hafnium) et VD-3 (matrice Ni + 20% Cr, renforcée avec de l'oxyde de thorium) sont largement utilisés. Ces alliages ont une résistance élevée à la chaleur. Les matériaux composites durcis par dispersion, ainsi que les matériaux fibreux, résistent au ramollissement avec l'augmentation de la température et de la durée de maintien à une température donnée.

3.3. Fibre de verre.

La fibre de verre est une composition constituée d'une résine synthétique comme liant et d'une charge de fibre de verre. La fibre de verre continue ou courte est utilisée comme charge. La résistance de la fibre de verre augmente fortement avec une diminution de son diamètre (en raison de l'influence des inhomogénéités et des fissures se produisant dans les sections épaisses). Les propriétés de la fibre de verre dépendent également de la teneur en alcali dans sa composition ; les meilleures performances dans les verres sans alcali de composition aluminoborosilicate.

Les fibres de verre non orientées contiennent des fibres courtes comme charge. Cela permet aux pièces d'être pressées forme complexe, avec des garnitures métalliques. Le matériau est obtenu avec des caractéristiques de résistance isotopique bien supérieures à celles des poudres pressées et même des fibres. Les représentants de ce matériau sont la fibre de verre AG-4V, ainsi que le DSV (fibre de verre dosée), qui sont utilisés pour fabriquer des pièces électriques de puissance, des pièces de construction mécanique (bobines, joints de pompe, etc.). Lorsque des polyesters insaturés sont utilisés comme liant, on obtient des prémélanges PSK (pâteux) et des préimprégnés AP et PPM (à base de mat de verre). Les préimprégnés peuvent être utilisés pour les articles de grande taille formes simples(carrosseries, bateaux, étuis à instruments, etc.).

Les fibres de verre orientées ont une charge sous forme de fibres longues disposées en brins individuels orientés et soigneusement liées avec un liant. Cela donne à la fibre de verre une résistance plus élevée.

La fibre de verre peut fonctionner à des températures de -60 à 200 ° C, ainsi que dans des conditions tropicales, et résister à de fortes surcharges inertielles.
Avec un vieillissement de deux ans, le coefficient de vieillissement est K = 0,5-0,7.
Les rayonnements ionisants ont peu d'effet sur leurs propriétés mécaniques et électriques. Ils sont utilisés pour fabriquer des pièces à haute résistance, avec des raccords et des filetages.

3.4. Fibre de carbone.

Les fibres de carbone (plastiques renforcés de fibres de carbone) sont des compositions constituées d'un liant polymère (matrice) et de durcisseurs sous forme de fibres de carbone (fibres de carbone).

Haute énergie communication C-C les fibres de carbone leur permettent de conserver leur résistance à un très hautes températures(dans des environnements neutres et réducteurs jusqu'à 2200 ° ), ainsi qu'à basses températures... La surface des fibres est protégée de l'oxydation par des revêtements protecteurs (pyrolytiques). Contrairement aux fibres de verre, les fibres de carbone sont mal mouillées par le liant
(faible énergie de surface), ils sont donc gravés. Cela augmente le degré d'activation des fibres de carbone par la teneur en groupe carboxyle à leur surface. La résistance au cisaillement intercouche des CFRP augmente de 1,6 à 2,5 fois. Le moustachage de cristaux filamenteux de TiO, AlN et SiN est utilisé, ce qui donne une augmentation de la dureté intercouche de 2 fois et de la résistance de 2,8 fois. Des structures renforcées spatialement sont utilisées.

Les liants sont des polymères synthétiques (polymère fibre de carbone) ; polymères synthétiques soumis à pyrolyse (fibre de carbone carbonisée) ; carbone pyrolytique (fibre de carbone pyrocarbone).

La fibre de carbone époxyphénolique KMU-1L, renforcée avec un ruban de carbone, et KMU-1u sur une corde, viscérée avec des moustaches, peuvent fonctionner longtemps à des températures allant jusqu'à 200 ° C.

Les carbofibres KMU-3 et KMU-2l sont obtenus avec un liant époxyaniline-formaldéhyde, ils peuvent fonctionner à des températures allant jusqu'à 100°C, ce sont les plus avancés technologiquement. Fibre de carbone KMU-2 et
Le KMU-2L à base de liant polyimide peut être utilisé à des températures allant jusqu'à
300°C

Les fibres de carbone se distinguent par une résistance à la fatigue statistique et dynamique élevée, conservent cette propriété à des températures normales et très basses (une conductivité thermique élevée de la fibre empêche l'auto-échauffement du matériau dû au frottement interne). Ils sont résistants à l'eau et aux produits chimiques. Après exposition à l'air, les rayons X et E sont pratiquement inchangés.

La conductivité thermique des plastiques au carbone est 1,5 à 2 fois supérieure à la conductivité thermique de la fibre de verre. Ils ont les propriétés électriques suivantes : = 0,0024-0,0034 Ohm · cm (le long des fibres) ; ? = 10 et tg = 0,001 (à une fréquence de courant de 10 Hz).

Les fibres de carboglass contiennent, avec les fibres de verre de carbone, ce qui réduit le coût du matériau.

3.5. Fibres de carbone à matrice de carbone.

Les matériaux cokés sont préparés à partir de fibres de carbone polymères classiques qui ont été pyrolysées dans une atmosphère inerte ou réductrice. À une température de 800-1500 ° C, carbonisé carbonisé, à 2500-3000 ° C, des fibres de carbone graphitées sont formées. Pour obtenir des matériaux pyrocarbonés, le durcisseur est disposé sous la forme du produit et placé dans un four dans lequel passe un hydrocarbure gazeux (méthane). A un certain mode (température 1100°C et pression résiduelle 2660 Pa) le méthane se décompose et le carbone pyrolytique résultant se dépose sur les fibres du durcisseur, les liant.

Le coke formé lors de la pyrolyse du liant a une force de liaison élevée avec la fibre de carbone. A cet égard, le matériau composite présente des propriétés mécaniques et ablatives élevées, une résistance aux chocs thermiques.

La fibre de carbone avec une matrice de carbone de type KUP-VM en termes de résistance et de résistance aux chocs est 5 à 10 fois plus élevée que les graphites spéciaux ; lorsqu'elle est chauffée dans une atmosphère inerte et sous vide, elle conserve une résistance jusqu'à 2 200
° С, s'oxyde à l'air à 450 ° et nécessite un revêtement protecteur.
Le coefficient de frottement d'une fibre de carbone avec une matrice de carbone est différemment élevé (0,35-0,45) et l'usure est faible (0,7-1 micron pour le freinage).

3.6. Borovoloknit.

Les Borovoloknits sont des compositions de liant polymère et de durcisseur - fibres de bore.

Les fibres de bore se distinguent par une résistance à la compression élevée, une résistance au cisaillement et au cisaillement, un faible fluage, une dureté et un module d'élasticité élevés, une conductivité thermique et une conductivité électrique. La microstructure cellulaire des fibres de bore offre une résistance élevée au cisaillement à l'interface avec la matrice.

En plus de la fibre de bore continue, des borosteclonites complexes sont utilisées, dans lesquelles plusieurs fibres de bore parallèles sont tressées avec du filament de verre, ce qui trahit la stabilité dimensionnelle. L'utilisation de fils de verre au bore facilite le processus technologique de fabrication du matériau.

Des liants époxy et polyimide modifiés sont utilisés comme matrices pour l'obtention de borovlocknites. Borovoloknits KMB-1 et
Les KMB-1k sont conçus pour travail à long termeà une température de 200 ° C; KMB-3 et KMB-3k ne nécessitent pas haute pression pendant le traitement et peut fonctionner à une température ne dépassant pas 100 ° ; Le KMB-2k est efficace à 300°С.

Les tricots Borovolo ont une résistance élevée à la fatigue, ils sont résistants aux radiations, à l'eau, aux solvants organiques et aux carburants et lubrifiants.

3.7. Organofibres.

Les fibres organiques sont des matériaux composites constitués d'un liant polymère et d'agents de renforcement (charges) sous forme de fibres synthétiques. De tels matériaux ont un faible poids, une résistance et une rigidité spécifiques relativement élevées, sont stables sous l'action de charges alternées et de changements brusques de température. Pour les fibres synthétiques, la perte de résistance lors du traitement textile est faible ; ils sont moins sensibles aux dommages.

Aux fibres organiques les valeurs du module d'élasticité et des coefficients de température expansion linéaire durcisseur et liant sont proches.
Il y a une diffusion des composants du liant dans la fibre et une interaction chimique entre eux. La structure du matériau est sans défaut. La porosité ne dépasse pas 1-3% (dans d'autres matériaux 10-20%). D'où la stabilité des propriétés mécaniques des fibres organiques à une forte chute de température, aux chocs et aux charges cycliques. Haute résistance aux chocs (400-700 kJ/m2). Les inconvénients de ces matériaux sont leur résistance à la compression relativement faible et leur fluage élevé (notamment pour les fibres élastiques).

Les fibres organiques sont résistantes aux environnements agressifs et aux climats tropicaux humides ; les propriétés diélectriques sont élevées et la conductivité thermique est faible. La plupart des fibres organiques peuvent fonctionner longtemps à une température de 100 à 150 ° C et à base d'un liant polyimide et de fibres de polyoxadiazole - à une température de 200 à 300 ° C.

Dans les matériaux combinés, avec les fibres synthétiques, des fibres minérales sont utilisées (verre, fibre de carbone et fibre de bore). De tels matériaux ont une plus grande résistance et rigidité.

4. Efficacité économique de l'utilisation de matériaux composites.

Les domaines d'application des matériaux composites ne sont pas limités. Ils sont utilisés dans l'aéronautique pour les pièces d'avions fortement chargées (peau, longerons, nervures, panneaux, etc.) et les moteurs (aubes et turbines de compresseurs, etc.), dans la technologie spatiale pour les structures de puissance des appareils exposés à l'échauffement, pour les raidisseurs, les panneaux , dans l'industrie automobile pour alléger les carrosseries, ressorts, châssis, panneaux de carrosserie, pare-chocs, etc., dans l'industrie minière (outils de forage, pièces d'abatteuse, etc.), dans le génie civil (travées de ponts, éléments préfabriqués d'immeubles de grande hauteur , etc.) et dans d'autres domaines de l'économie nationale.

L'utilisation de matériaux composites permet un nouveau saut qualitatif en augmentant la puissance des moteurs, des installations énergétiques et de transport, en réduisant le poids des machines et des appareils.

La technologie de fabrication de produits semi-finis et de produits à partir de matériaux composites est bien développée.

Les matériaux composites à matrice non métallique, à savoir les fibres de carbone polymères, sont utilisés dans la construction navale et automobile (carrosserie, châssis, hélices) ; ils sont utilisés pour la fabrication de roulements, de panneaux chauffants, d'équipements sportifs, de pièces d'ordinateurs. La fibre de carbone à haut module est utilisée pour la fabrication de pièces pour la technologie aéronautique, d'équipements pour l'industrie chimique, en équipement à rayons X et l'autre.

Les fibres de carbone à matrice de carbone remplacent divers types de graphite. Ils sont utilisés pour la protection thermique, les disques de frein d'avion, les équipements résistants aux produits chimiques.

Les produits en fibre de bore sont utilisés dans les technologies aéronautiques et spatiales (profils, panneaux, rotors et pales de compresseurs, pales d'hélices et arbres de transmission d'hélicoptères, etc.).

Les fibres organiques sont utilisées comme matériau isolant et structurel dans l'industrie électrique et radio, la technologie aéronautique et l'industrie automobile ; ils sont utilisés pour fabriquer des tuyaux, des conteneurs pour les réactifs, des revêtements pour les coques de navires et plus encore.

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Aujourd'hui, de la part des constructeurs, une grande attention est rivée aux panneaux composites. Ces améliorés matériaux modernes vous permet de créer un rare style architectural nouveau bâtiment. Utiliser panneaux composites pour les façades qui ont servi pendant longtemps. Du fait de leur application, le apparence bâtiments.

Ils peuvent être utilisés dans les régions chaudes et froides en raison de leur résistance à différentes températures. Le revêtement des façades avec un tel matériau entraîne la création d'un microclimat favorable à l'intérieur des bâtiments et, en outre, réduira les coûts de climatisation en été et de chauffage en hiver.

De quoi sont faits les panneaux ?

Les panneaux composites en aluminium sont des produits constitués de deux feuilles d'aluminium peintes. La structure de ce matériau est la suivante :

• revêtement protecteur doté de propriétés anti-corrosion;
• une couche à base d'un primaire ;
• feuille d'aluminium à haute résistance;
• charge minérale ou polymère réfractaire, elle peut être du polyéthylène, du polyuréthane, du polypropylène, du polystyrène ;
• une autre couche d'aluminium à haute résistance;
• apprêt;
• une couche de vernis ;
• film protecteur.

Chaque panneau est enduit d'un composé spécial pour une plus grande résistance. Toutes les couches sont reliées les unes aux autres à l'aide d'une technologie spéciale, grâce à laquelle le produit acquiert une résistance élevée au délaminage. Selon le but, en plus de la peinture, un revêtement de vernis antirouille peut être appliqué sur le produit sur deux ou un côté, ce qui augmente la résistance à l'usure de la plaque composite en aluminium. Le produit fini est fabriqué avec une bande continue. Disponibilité d'une grande variété dimensions hors tout très pratique pour les consommateurs.

Le panneau composite est fabriqué en pliant des feuilles d'aluminium.

Il est souhaitable que le rayon de courbure soit le plus petit, s'il est le même que l'épaisseur de la plaque, alors le produit répond à toutes les normes réglementaires. Au cours du processus de production, le matériau acquiert des caractéristiques planes précises, tandis que les couches de protection et de peinture de surface sont appliquées uniformément.

La surface des panneaux de façade composites en aluminium peut copier :

• bois;
• plâtre;
• brique;
• Pierre naturelle.

Sur le marché de la construction, il existe des panneaux composites en aluminium à effet métal noble, rendu possible par le procédé de galvanoplastie.

Propriétés du profil de montage

Tous les profilés de montage sont divisés en 3 types :

• amarrage ouvert ;
• joint avec joint;
• à l'aide d'un écran étanche.

Afin de rendre la façade en panneaux composites plus rigide, des éléments supplémentaires sont souvent utilisés. Les propriétés de ce produit sont influencées par la charge, qui est la base de la couche centrale. Les fabricants au début de la fabrication d'un tel produit ont utilisé matériau polymère comme charge - mousse de polyéthylène.

Le composite aluminium a :

• poids insignifiant;
• bonne plasticité;
• bonnes propriétés d'isolation acoustique.

Mais ce type a le principal inconvénient, à savoir que le polyéthylène brûle, soutient le processus de combustion, fond et émet des fumées nocives. Les tôles d'aluminium chargées de minéraux ne présentent pas de tels inconvénients. Ce polyéthylène expansé contient une quantité importante de produits ignifuges. Grâce à ces additifs minéraux, sa propriétés physiques... Dans ce cas, la charge s'enflamme à partir d'une flamme nue, mais s'il n'y a pas de source d'incendie, elle s'éteint immédiatement, et elle aussi :

• n'émet pas de fumée toxique;
• ne coule pas.

Les fabricants de Chine et d'Europe produisent des innovations technologiques - des charges de qualité A et A2. L'hydroxyde d'aluminium est leur composant de base. Ces composites panneaux de façade sont inclus dans la catégorie des incombustibles. Ils peuvent supporter 2 à 4 heures tirer... Cependant, cette propriété positive contribue au fait que les produits finis sont difficiles à fabriquer de formes rondes ou irrégulières. Le fait est qu'ils manquent de plasticité. Les panneaux composites en aluminium sont chers.

Ils sont utilisés sur des structures et des bâtiments avec les exigences de sécurité incendie les plus strictes.

L'aluminium composite avec une structure en nid d'abeille est une classe de produits autonome. En eux entre les deux feuilles de métal il existe un réseau de fins linteaux en aluminium de dessins :

• cellulaire;
• engrener;
• linéaire.

Ils diffèrent:

• résistance à la flexion;
• poids léger;
• coût élevé.

Cette variété n'a pas suffisamment de propriétés d'absorption du bruit et des vibrations. Du stress mécanique, ils sont pressés à travers.

Principaux avantages

Le matériau composite est disponible dans une variété de couleurs. Les produits sont couleurs solides, ainsi que de copier la texture des matériaux naturels :

• bois;
• marbre;
• granit.

La face avant sert pendant longtemps en raison de l'application peinture... D'autres propriétés positives incluent la simplicité des divers processus de traitement. Par exemple, grâce au fraisage de la surface des panneaux aluminium de façade, il est possible de réaliser trous techniques... La facilité de traitement augmente plusieurs fois la portée de son utilisation. La conception du matériau permet de le transformer en n'importe quelle forme, plier et couper.

Le résultat est la possibilité d'utiliser pour la décoration bâtiments hors normes, dans lequel sont prévus des dômes, des arcs, des pyramides.

La façade ventilée constituée de panneaux composites en aluminium a la capacité d'atténuer le rayonnement électromagnétique. D'autres propriétés positives incluent la capacité de protéger les murs du vent et de l'humidité. Le poids léger n'est pas capable d'alourdir le bâtiment. Lors du revêtement avec un composite, l'apparence des murs restera longtemps dans son état d'origine, car un tel revêtement résiste aux intempéries et aux influences chimiques. En raison du fait que la surface est lisse, la poussière et la saleté ne s'y accumulent pas. Façade rideau il est très rentable de le mettre sur des immeubles de grande hauteur à partir d'un composite, car dans ce cas, la surface a la capacité de s'autonettoyer.

Le bardage en panneaux composites est réalisé en court terme... Ils donneront au bâtiment un aspect moderne et élégant et lui apporteront des propriétés esthétiques importantes.

Les matériaux composites réduisent les pertes de chaleur, sont respectueux de l'environnement et ne peuvent pas stocker l'électricité. Ils peuvent résister longtemps aux influences extérieures. Ce matériau est très résistant aux rayons UV. Le composite ne réagit pratiquement pas aux environnements agressifs.

Le revêtement de façade des installations de production dangereuses est recommandé avec ce type de composite uniquement.

Cependant, il faut garder à l'esprit que le matériau présente également des inconvénients. Le produit n'est donc pas calorifuge. Il faut tenir compte de sa faible aptitude à la réparation. Dans le cas où le bardage en panneaux composites est endommagé, il est assez difficile à réparer. S'il est nécessaire de remplacer les cassettes, les cassettes voisines devront également être remplacées. Dans un matériau composite de mauvaise qualité, la dalle peut se décoller, puis des bulles se forment sur la façade.

Domaines d'utilisation des panneaux en aluminium

De nos jours, les façades ventilées en panneaux composites sont très appréciées. Les extérieurs de toutes sortes de structures sont le domaine d'application le plus courant. La façade composite se compose de panneaux d'aluminium multicouches, qui sont utilisés pour le revêtement extérieur des bâtiments.

La façade ventilée à finition composite acquiert un aspect moderne unique. Si vous avez également une isolation, vous pouvez réaliser des économies tangibles énergie électrique sans entraîner de coûts supplémentaires pour renforcer les fondations et les murs porteurs.

L'installation de façades ventilées est simple du fait qu'il est possible d'installer des panneaux sur des murs en matériau différent... Dans le même temps, il n'est pas nécessaire de les préparer à l'avance, ce qui signifie que vous pouvez économiser de l'argent de manière significative. en espèces... Une façade ventilée légère et légère en matériaux composites permet de concrétiser l'idée de tout designer.

Ce matériel se retrouve souvent dans l'espace interne des institutions publiques dans :

• centres commerciaux;
• hôpitaux;
• polycliniques;
• aéroports;
• gares ferroviaires;
• salles d'exposition de voitures;
• écoles.

Ce sont les endroits où il faut matériau durable, capable de résister à un fonctionnement continu dans un état inchangé. En plus des façades ventilées, le composite est utilisé à d'autres endroits. Il est souvent utilisé dans la restauration d'un bâtiment, la construction de structures inhabituelles pour la publicité extérieure, la construction de bâtiments temporaires légers. Souvent, les panneaux composites en aluminium sont impliqués dans la construction de diverses corniches décoratives, ceintures, extérieurs faux plafonds, dans le parement des colonnes.

Les façades composites créent un style architectural moderne. Et tout cela est devenu possible grâce au faible poids, à la facilité de traitement, flexibilité accrue et une variété de couleurs.

Matériaux composites

Matériau composite (composition, KM) est un matériau solide hétérogène constitué de deux ou plusieurs composants, parmi lesquels on peut distinguer des éléments de renforcement qui fournissent les caractéristiques mécaniques nécessaires du matériau, et une matrice (ou liant) qui fournit travail conjointéléments de renforcement.

Le comportement mécanique du composite est déterminé par le rapport des propriétés des éléments de renforcement et de la matrice, ainsi que la force de la liaison entre eux. L'efficacité et les performances du matériau dépendent de le bon choix les composants d'origine et la technologie de leur combinaison, conçus pour fournir un lien fort entre les composants tout en conservant leurs caractéristiques d'origine.

En combinant les éléments de renforcement et la matrice, il se forme un complexe de propriétés du composite, reflétant non seulement les caractéristiques initiales de ses composants, mais comprenant également des propriétés que les composants isolés ne possèdent pas. En particulier, la présence d'interfaces entre les éléments de renforcement et la matrice augmente considérablement la résistance à la fissuration du matériau, et dans les composites, contrairement aux métaux, une augmentation de la résistance statique ne conduit pas à une diminution, mais, en règle générale, à une augmentation dans les caractéristiques de résistance à la rupture.

Avantages des matériaux composites

Il doit être immédiatement stipulé que les CM sont créés pour ces tâches, ils ne peuvent donc pas contenir tous les avantages possibles, mais lors de la conception d'un nouveau composite, l'ingénieur est libre de lui définir des caractéristiques nettement supérieures aux caractéristiques des matériaux traditionnels lors de la réalisation de cet objectif. dans ce mécanisme, mais inférieur à eux dans tous les autres aspects. Cela signifie que CM ne peut pas être meilleur que le matériel traditionnel dans tout, c'est-à-dire que pour chaque produit, l'ingénieur effectue tout calculs nécessaires et alors seulement choisit l'optimum entre les matériaux pour la production.

• résistance spécifique élevée
• haute rigidité (module d'élasticité 130 ... 140 GPa)
• haute résistance à l'usure
• haute résistance à la fatigue
• à partir de CM, il est possible de réaliser des structures dimensionnellement stables

De plus, différentes classes les composites peuvent avoir un ou plusieurs avantages. Certains des avantages ne peuvent pas être obtenus en même temps.

Inconvénients des composites

La plupart des classes composites (mais pas toutes) présentent des inconvénients :

• prix élevé
• anisotropie des propriétés
• une intensité scientifique accrue de la production, le besoin d'équipements spéciaux coûteux et de matières premières, et donc une production industrielle et une base scientifique développées du pays

Domaines d'utilisation

Biens de consommation

Génie mécanique

Caractéristique

La technologie est utilisée pour former des revêtements protecteurs supplémentaires sur les surfaces en paires de friction acier-caoutchouc. L'application de la technologie permet d'augmenter le cycle de fonctionnement des joints et des arbres d'équipements industriels fonctionnant dans un environnement aqueux.

Les matériaux composites sont composés de plusieurs matériaux fonctionnellement distincts. La base matériaux inorganiques composé modifié par divers additifs silicates de magnésium, fer, aluminium. Les transitions de phase dans ces matériaux se produisent à des charges locales suffisamment élevées, proches de la résistance ultime du métal. Dans ce cas, une couche de cermet à haute résistance est formée à la surface dans la zone de charges locales élevées, grâce à laquelle il est possible de modifier la structure de la surface métallique.

Caractéristiques

Le revêtement de protection, selon la composition du matériau composite, peut être caractérisé par les propriétés suivantes :

• épaisseur jusqu'à 100 microns;
• classe de propreté de la surface de l'arbre (jusqu'à 9);
• avoir des pores d'une taille de 1 à 3 microns;
• coefficient de frottement jusqu'à 0,01 ;
• haute adhérence aux surfaces métalliques et en caoutchouc.

Appréciation technique et retombées économiques

• Une couche de cermet à haute résistance se forme en surface dans la zone de fortes charges locales
• La couche formée à la surface du polytétrafluoroéthylène a un faible coefficient de frottement et une faible résistance à l'usure abrasive ;
• Les revêtements organométalliques sont mous, ont un faible coefficient de frottement, une surface poreuse, l'épaisseur de la couche supplémentaire est de quelques microns.

Domaines d'application de la technologie

• se basant sur surface de travail joints afin de réduire les frottements et de créer une couche de séparation qui exclut le collage du caoutchouc sur l'arbre pendant la période de repos.
• moteurs à combustion interne à grande vitesse pour la construction automobile et aéronautique.

Aviation et astronautique

Armement et équipement militaire

En raison de leurs caractéristiques (résistance et légèreté), les matériaux composites sont utilisés dans les affaires militaires pour la production de différents types armure:

• armure pour équipement militaire

voir également

• IBFM_ (matériaux_de_construction_et_de_finition_innovants)

Liens

Fondation Wikimédia. 2010.

• Composite
• Référence encyclopédique marine

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Nanotubes de carbone- Ce terme a d'autres significations, voir Nanotubes. Représentation schématique d'un nanotube ... Wikipedia

introduction

Au cours des dernières années, une grande attention a été accordée à la création et à la recherche de matériaux dits multiferroïques - des matériaux présentant à la fois des propriétés ferroélectriques et ferromagnétiques.

Les multiferroïques peuvent être mis en œuvre aussi bien sous forme monophasique que sous forme composite. La plupart des matériaux multiferroïques monophasés présentent des propriétés magnétoélectriques dans les régions à basse température, principalement à des températures cryogéniques.

Une alternative à ces multiferroïques monophasés pratiquement inapplicables a été trouvée dans des matériaux, dits composites, des matériaux créés artificiellement par une combinaison de deux phases, par exemple, une combinaison de phases piézoélectriques et piézomagnétiques ou de phases magnétostrictives et piézoélectriques. Ces matériaux maintiennent des structures ferroélectriques à l'équilibre à des températures proches de la température ambiante. Ils ont un effet magnétoélectrique (ME) important, des phases magnétostrictives et piézoélectriques de bonne qualité et appartiennent au matériau dit multifonctionnel. La principale réalisation dans la production de composites multiferroïques synthétiques est leur fabrication relativement facile et bon marché et la capacité de contrôler le rapport de phase moléculaire et la taille de grain de chaque phase. Il y a aussi un problème lié à la prévention d'éventuelles réaction chimique aux frontières entre les phases ferroélectrique et magnétique lors de la synthèse, conduisant à une perte, par exemple, des propriétés diélectriques. De manière générale, dans les composites, la granulométrie, la forme et les joints de grains sont les principaux éléments qui, tout en conservant les propriétés « parentales » des phases, conduisent à l'émergence de nouvelles propriétés. Ainsi, on sait qu'une augmentation de la résistance magnétique colossale (CRM) peut se produire, ce qui s'explique dans le modèle de spin-polarisation tunnel par l'apparition de couches barrières non conductrices entre les grains.

Ensuite, les tâches suivantes m'ont été confiées :

1) se familiariser avec la littérature sur les multiferroïques composites de l'échantillon présenté ;

2) étudier les propriétés et la structure de (La 0,5 Eu 0,5) 0,7 Pb 0,3 MnO 3 et PbTiO 3 ;

3) synthétiser PbTiO 3 sous forme polycristalline et faire croître un monocristal (La 0,5 Eu 0,5) 0,7 Pb 0,3 MnO 3 ;

4) commencer l'étude des propriétés magnétiques, magnétoélectriques et autres (1-х) (La 0,5 Eu 0,5) 0,7 Pb 0,3 MnO 3 + хPbTiO 3.

Exemples de composites

Que sont les composites ?

Les matériaux composites sont ceux formés à partir de deux ou plusieurs phases dissemblables et ayant des caractéristiques qui ne sont pas inhérentes aux composants d'origine. Cette définition reflète bien l'idée de composite, mais est trop large, puisqu'elle recouvre la grande majorité des matériaux et alliages (par exemple, acier, fonte, béton, etc.). Apparemment, une autre définition serait meilleure : les composites sont une combinaison artificielle monolithique volumétrique de deux ou plusieurs matériaux (composants) de différentes formes et propriétés, avec une interface claire, utilisant les avantages de chacun des composants et présentant de nouvelles propriétés dues aux processus limites. .

Habituellement, les composites sont une base (matrice) d'un matériau, renforcée de charges provenant de fibres, de couches, de particules dispersées d'un autre matériau. Dans ce cas, les propriétés de résistance des deux composants sont combinées. En sélectionnant la composition et les propriétés de la charge et de la matrice, leur rapport, l'orientation de la charge, il est possible d'obtenir un matériau avec la combinaison requise de caractéristiques opérationnelles et technologiques.

Un composite diffère d'un alliage en ce que, dans le composite fini, les composants individuels conservent leurs propriétés inhérentes. Les composants doivent interagir à l'interface du composite, ne présentant que de nouvelles propriétés positives. Un tel résultat ne peut être obtenu que si les propriétés des composants sont combinées avec succès dans le matériau composite, c'est-à-dire pendant le fonctionnement du composite, seules les propriétés requises des composants doivent se manifester et leurs défauts sont complètement ou partiellement éliminés.

De cette façon:

Le composite résultant acquiert de nouvelles propriétés meilleures et, par conséquent, peut remplir des fonctions supplémentaires (matériau multifonctionnel);

Les caractéristiques du composite sont meilleures que celles de ses composants pris séparément ou ensemble sans tenir compte des processus limites ;

Les actions des composants individuels du composite se manifestent toujours dans leur totalité, en tenant compte des processus se produisant à l'interface.

L'utilisation active des composites a commencé au début des années 70, bien que l'idée d'utiliser deux ou plus matières premières en tant que composants qui composent un environnement de composition, existent depuis que les gens ont commencé à manipuler des matériaux.

Le but de la création d'un composite est d'obtenir une combinaison de propriétés qui ne sont pas inhérentes à chacun des matériaux de départ séparément. Ainsi, le composite peut être réalisé à partir de matériaux qui en eux-mêmes ne répondent pas aux exigences. Puisque ces exigences peuvent porter sur des propriétés physiques, chimiques, technologiques et autres, la science des composites est à l'intersection de divers domaines de connaissances et nécessite la participation de chercheurs de diverses spécialités.

La sélection des matériaux traditionnels et la conception des composants structurels étaient des défis distincts. Lorsque les composites ont commencé à déplacer les métaux et les alliages de domaines tels que l'aéronautique, la construction navale et l'automobile, la conception industrielle et la sélection des matériaux ont convergé et sont devenues simplement des aspects différents du même processus.

Il convient de noter qu'à côté de l'anisotropie structurelle du composite, il existe une anisotropie technologique résultant de la déformation plastique des matériaux isotropes, et une anisotropie physique, inhérente, par exemple, aux cristaux et associée aux caractéristiques structurelles du réseau cristallin.

Selon le mode d'obtention, on distingue deux types de composites : artificiels et naturels. Tous les composites obtenus à la suite de l'introduction artificielle d'une phase de renforcement dans la matrice appartiennent aux artificiels, aux naturels - alliages de compositions eutectiques et similaires. Dans les composites eutectiques, la phase de renforcement est orientée vers des cristaux fibreux ou lamellaires formés naturellement au cours du processus de cristallisation directionnelle.

Au fur et à mesure que de nouveaux composites sont créés, les "anciens" types de classification se développent et de nouveaux peuvent apparaître.

En étudiant la littérature sur les composites magnétiques et magnétoélectriques, j'ai trouvé les composites à base d'oxyde suivants qui ont été synthétisés et étudiés :

1. "MgFe 2 O 3 -BaTiO 3" ;

2. "BaTiO 3 - (Ni, Zn) Fe 2 O 4";

3. "La 0,67 Ca 0,33 MnO 3 -CuFe 2 O 4";

4. "(La 0,7 Ca 0,3 MnO 3) 1-x / (MgO) x" ;

5. "La 2/3 Ca 1/3 MnO 3 / SiO 2";

6. "La 0,7 Sr 0,3 MnO 3 / Ta 2 O 5".