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
• Matériau composite

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PLASTIQUES- (plastiques, plastiques). Une grande classe de matériaux organiques polymères faciles à former à partir desquels des produits légers, solides, durables et résistants à la corrosion peuvent être fabriqués. Ces substances sont principalement composées de carbone (C), d'hydrogène (H), ... ... Encyclopédie de Collier

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Performances de vol de l'hélicoptère Colibri EC120 B- Le Colibri EC120 B est un hélicoptère léger polyvalent capable de transporter jusqu'à quatre passagers. L'espace de chargement spacieux peut accueillir cinq grandes valises. Accident d'hélicoptère près de Mourmansk Promoteur : Groupe franco-allemand espagnol ... ... Encyclopédie des journalistes

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

Airbus A380- T ... Wikipédia

Livres

• Matériaux de construction. Alliages, polymères, céramiques, composites, W. Bolton, Le manuel présente toute la gamme des matériaux utilisés en génie mécanique et en génie électrique : fer, aluminium, cuivre, magnésium, nickel, titane, alliages à base d'eux, polymère, céramique et . .. Catégorie : Génie mécanique. Instrumentation. Travail des métauxÉditeur:

Matériau composite

Matériau composite (composition, KM) - un matériau solide non homogène créé artificiellement, constitué de deux ou plusieurs composants avec une interface claire entre eux. Dans la plupart des composites (à l'exception des stratifiés), les composants peuvent être divisés en une matrice et les éléments de renforcement inclus dans celle-ci. Dans les composites à usage structurel, les éléments de renforcement assurent généralement les caractéristiques mécaniques nécessaires du matériau (résistance, rigidité, etc.), et la matrice (ou liant) assure le fonctionnement conjoint des éléments de renforcement et leur protection contre les dommages mécaniques et une environnement chimique agressif.

Le comportement mécanique de la composition 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 du choix correct des composants initiaux et de la technologie de leur combinaison, conçue pour assurer une forte liaison entre les composants tout en conservant leurs caractéristiques d'origine.

À la suite de la combinaison des éléments de renforcement et de la matrice, il se forme un complexe de propriétés de la composition, qui reflète non seulement les caractéristiques initiales de ses composants, mais comprend 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 homogènes, une augmentation de la résistance statique ne conduit pas à une diminution, mais, en règle générale, à une augmentation des caractéristiques de ténacité à la rupture.

Une variété de charges et de matrices de renforcement sont utilisées pour créer la composition. C'est getinax et textolite ( stratifiés en papier ou en tissu collé avec de la colle thermodurcissable), en verre et en plastique graphite (tissu ou fibre enroulée en verre ou en graphite, imprégné adhésifs époxy), contreplaqué... Il existe des matériaux dans lesquels une fibre fine constituée d'alliages à haute résistance est remplie d'une masse d'aluminium. Le Bulat est l'un des matériaux composites les plus anciens. Dans celui-ci, les couches les plus minces (parfois des fils) d'acier à haute teneur en carbone sont "collées" avec du fer doux à faible teneur en carbone.

Récemment, les scientifiques des matériaux ont expérimenté dans le but de créer des matériaux plus pratiques et donc moins chers. Structures cristallines auto-croissantes collées en une seule masse avec de la colle polymère (ciments additionnés d'adhésifs hydrosolubles), compositions thermoplastiques à fibres courtes de renfort, etc.

Classification des composites

Les composites sont généralement classés selon le type de charge renforçante :

• fibreux (composant de renforcement - structures fibreuses);
• en couches ;
• plastiques chargés (composant de renforcement - particules)
  • en vrac (homogène),
  • squelettique (structures initiales remplies de liant).

Avantages des matériaux composites

Le principal avantage de CM est que le matériau et la structure sont créés simultanément. L'exception concerne les préimprégnés, qui sont un produit semi-fini pour la fabrication de structures. 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 matériau traditionnel en tout, c'est-à-dire que pour chaque produit, l'ingénieur effectue tous les calculs nécessaires et choisit ensuite l'optimum entre les matériaux de production.

• haute résistance spécifique (résistance 3500 MPa)
• haute rigidité (module d'élasticité 130 ... 140 - 240 GPa)
• haute résistance à l'usure
• haute résistance à la fatigue
• à partir de CM, il est possible de réaliser des structures dimensionnellement stables
• faciliter

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

Inconvénients des composites

Les matériaux composites présentent un assez grand nombre d'inconvénients qui limitent leur propagation.

Prix ​​élevé

Le coût élevé du CM est dû à la forte intensité scientifique de la production, à la nécessité d'utiliser des équipements et des matières premières spéciaux coûteux, et donc la production industrielle développée et la base scientifique du pays.

Anisotropie des propriétés

Faible résistance aux chocs

Volume spécifique élevé

Hygroscopicité

Le CM peut également absorber d'autres liquides hautement pénétrants, par exemple le kérosène d'aviation.

Toxicité

En fonctionnement, les CM peuvent émettre des vapeurs souvent toxiques. Si CM est utilisé pour fabriquer des produits qui seront situés à proximité d'une personne (un exemple est le fuselage composite d'un Boeing 787 Dreamliner), des études supplémentaires sur l'impact des composants CM sur l'homme sont nécessaires pour approuver les matériaux utilisés dans la fabrication de CM.

Faible maintenabilité

Les matériaux composites ont une faible aptitude à la fabrication, une faible maintenabilité et des coûts d'exploitation élevés. Cela est dû à la nécessité d'utiliser des méthodes spéciales à forte intensité de main-d'œuvre, des outils spéciaux pour l'achèvement et la réparation d'objets à partir de CM. Souvent, les objets du CM ne peuvent pas du tout être modifiés ou réparés.

Domaines d'utilisation

Biens de consommation

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 des matériaux inorganiques sont des silicates de magnésium, de fer, d'aluminium modifiés par divers additifs. 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 fortes charges locales, grâce à laquelle il est possible de modifier la structure de la surface métallique.

• armure pour équipement militaire

Littérature

• Vasiliev V.V. Mécanique des structures en matériaux composites. - M. : Mashinostroenie, 1988.-- 272 p.
• Karpinos D. M. Matériaux composites. Annuaire. - Kiev, Naukova Dumka

voir également

Remarques (modifier)

Liens

Fondation Wikimédia. 2010.

Voyez ce qu'est « Matériau composite » dans d'autres dictionnaires :

MATÉRIAU COMPOSITE, une composition créée en combinant deux ou plusieurs autres matériaux tels que le béton, la fibre de verre ou le contreplaqué. Typiquement, les propriétés d'un matériau composite sont supérieures à celles dont il est constitué... Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique

matériau composite- Matériau composite de structure hétérogène, constitué de plusieurs matériaux homogènes (composants). [PB 03 576 03] Informations complémentaires sur Internet : http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2085.html Thèmes polymériques et autres matériaux Synonymes ... ... Guide du traducteur technique

matériau composite- 3.3 matériau composite : Matériau à base de poudre de caoutchouc actif, ainsi que d'additifs ciblés et fonctionnels, destiné à modifier les mélanges de béton bitumineux. Une source … Dictionnaire-ouvrage de référence des termes de la documentation normative et technique

Introduction. 2

1. Informations générales sur les matériaux composites .. 3

2. Composition et structure du composite .. 5

3. Evaluation de la matrice et du durcisseur dans la formation des propriétés du composite .. 10

3.1. Matériaux composites avec matrice métallique 10

3.2. Matériaux composites avec matrice non métallique 10

4. Matériaux de construction- composites .. 12

4.1. Polymères en construction. 12

4.2. Composites et béton .. 16

4.3. Panneaux composites aluminium .. 19

Conclusion. 23

Liste de la littérature utilisée .. 24

introduction

Au début du XXIe siècle, ils s'interrogent sur les futurs matériaux de construction. Le développement rapide de la science et de la technologie rend les prévisions difficiles : il y a quatre décennies, il n'y avait pas de large application matériaux de construction polymères, et seul un cercle restreint de spécialistes connaissait les « vrais » composites modernes. Néanmoins, on peut supposer que les principaux matériaux de construction seront également le métal, le béton et le béton armé, la céramique, le verre, le bois, les polymères. Les matériaux de construction seront créés sur la même base de matières premières, mais avec l'utilisation de nouvelles formulations de composants et de méthodes technologiques, ce qui donnera une meilleure qualité opérationnelle et, par conséquent, la durabilité et la fiabilité. Il y aura une utilisation maximale des déchets de diverses industries, des déchets, des déchets locaux et ménagers. Les matériaux de construction seront sélectionnés selon des critères environnementaux et leur production sera basée sur des technologies sans déchets.

Il existe déjà une abondance de noms de marque pour la finition, l'isolation et d'autres matériaux, qui, en principe, ne diffèrent que par la composition et la technologie. Ce flux de nouveaux matériaux augmentera et leurs performances s'amélioreront en réponse aux rudes conditions climatiques et économiser les ressources énergétiques de la Russie.

1. Informations générales sur les matériaux composites

Le matériau composite est un matériau solide hétérogène constitué de deux ou plusieurs composants, parmi lesquels on peut distinguer des éléments de renforcement qui apportent les caractéristiques mécaniques nécessaires du matériau, et une matrice (ou liant) qui assure le travail de jointure des éléments 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 du choix correct des composants initiaux et de la technologie de leur combinaison, conçue pour assurer une forte liaison 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.

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 de composites peuvent présenter 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

2. Composition et structure du composite

Les composites sont des matériaux à plusieurs composants constitués d'un polymère, d'un métal, d'un carbone, d'une céramique ou d'une autre base (matrice), renforcés de charges à partir de fibres, whiskers, fines particules, etc. En sélectionnant la composition et les propriétés de la charge et de la matrice (liant), leur rapport , orientation de la charge, vous pouvez obtenir des matériaux avec la combinaison requise de propriétés opérationnelles et technologiques. L'utilisation de plusieurs matrices (matériaux composites polymatrices) ou de charges de nature différente (matériaux composites hybrides) dans un même matériau élargit considérablement les possibilités de contrôle des propriétés des matériaux composites. Les charges de renforcement reprennent l'essentiel de la charge des matériaux composites.

Selon la structure de la charge, les matériaux composites sont divisés en fibreux (renforcés avec des fibres et des cristaux filamenteux), stratifiés (renforcés avec des films, des plaques, des charges stratifiées), renforcés par dispersion ou durcis par dispersion (avec une charge sous la forme de fines particules). La matrice en matériaux composites assure la solidité du matériau, le transfert et la répartition des contraintes dans la charge, détermine la chaleur, l'humidité, le feu - et chimique. fermeté.

Par la nature du matériau de la matrice, on distingue polymère, métal, carbone, céramique et autres composites.

Les matériaux composites renforcés de fibres continues à haute résistance et à haut module sont les plus largement utilisés dans la construction et la technologie. Il s'agit notamment des matériaux composites polymères à base de liants thermodurcissables (époxy, polyester, phénol-formald., polyamide, etc.) et thermoplastiques, renforcés de verre (fibre de verre), de carbone (fibre de carbone), d'org. (organoplastiques), boriques (boroplastiques) et autres fibres ; métallique les matériaux composites à base d'alliages Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Cr, renforcés de fibres de bore, de carbone ou de carbure de silicium, ainsi que des fils d'acier, de molybdène ou de tungstène ;

Matériaux composites à base de carbone renforcés de fibres de carbone (matériaux carbone-carbone) ; matériaux composites à base de céramique renforcée de carbone, de carbure de silicium et d'autres fibres résistantes à la chaleur et de SiC. Lors de l'utilisation de fibres de carbone, de verre, d'aramide et de bore contenues dans le matériau à raison de 50 à 70 %, des compositions (voir tableau) avec des battements ont été créées. résistance et module d'élasticité 2 à 5 fois supérieurs à ceux du conventionnel Matériaux de construction et alliages. De plus, les matériaux composites fibreux sont supérieurs aux métaux et alliages en termes de résistance à la fatigue, de résistance à la chaleur, de résistance aux vibrations, d'absorption du bruit, de résistance aux chocs et d'autres propriétés. Ainsi, le renforcement des alliages Al avec des fibres de bore améliore significativement leurs caractéristiques mécaniques et permet d'augmenter la température de fonctionnement de l'alliage de 250-300 à 450-500°C. Le renforcement avec du fil (de W et Mo) et des fibres de composés réfractaires est utilisé pour créer des matériaux composites résistants à la chaleur à base de Ni, Cr, Co, Ti et leurs alliages. Ainsi, les alliages Ni haute température renforcés de fibres peuvent fonctionner à 1300-1350 °C. Dans la fabrication des matériaux composites fibreux métalliques, l'application d'une matrice métallique sur la charge est réalisée principalement à partir de la masse fondue du matériau de la matrice, par dépôt électrochimique ou pulvérisation cathodique. La mise en forme des produits est réalisée par Ch. arr. en imprégnant une armature en fibres de renfort avec un métal fondu sous une pression allant jusqu'à 10 MPa ou en combinant une feuille (matériau de la matrice) avec des fibres de renfort par laminage, pressage, extrusion à chaud. jusqu'au point de fusion du matériau de la matrice.

L'une des méthodes technologiques courantes pour la fabrication de polymère et de métal. matériaux composites fibreux et stratifiés - croissance de cristaux de charge dans une matrice directement dans le processus de fabrication de pièces. Cette méthode est utilisée, par exemple, lors de la création d'eutectiques. alliages haute température à base de Ni et Co. Alliage de masses fondues avec carbure et intermétallique. composés, formant des cristaux fibreux ou lamellaires lors d'un refroidissement dans des conditions contrôlées, conduit au durcissement des alliages et permet d'augmenter la température de leur fonctionnement de 60-80 oС. les matériaux composites à base de carbone combinent une faible densité avec une conductivité thermique élevée, chem. durabilité, constance dimensionnelle avec de fortes chutes de température, ainsi qu'avec une augmentation de la résistance et du module d'élasticité lorsqu'il est chauffé à 2000 ° C dans un environnement inerte. Pour les méthodes de production de matériaux composites carbone-carbone, voir CFRP. Les matériaux composites à haute résistance à base de céramique sont obtenus par renforcement avec des charges fibreuses, ainsi que des matériaux métalliques. et céramique. particules dispersées. Le renforcement avec des fibres continues de SiC permet d'obtenir des matériaux composites caractérisés par une augmentation. ténacité, résistance à la flexion et Haute durabilitéà l'oxydation à t-pax élevé... Cependant, le renforcement des fibres de la céramique ne conduit pas toujours à a. une augmentation de sa résistance sv-in due à l'absence d'état élastique du matériau avec une valeur élevée de son module d'élasticité. Renfort avec du métal dispersé particules vous permet de créer une céramique-métallique. matériaux (cermets) avec augmenté. résistance, conductivité thermique, résistance aux chocs thermiques. Dans la fabrication de céramique. les matériaux composites sont généralement utilisés pressage à chaud, pressage suivi par. frittage, coulée en barbotine (voir aussi Céramique). Renforcement des matériaux avec du métal dispersé particules conduit à une forte augmentation de la résistance en raison de la création de barrières au mouvement des luxations. Un tel renforcement de Ch. arr. utilisé pour créer des alliages chrome-nickel résistants à la chaleur. Les matériaux sont obtenus en introduisant de fines particules dans le métal en fusion suivies de la transformation habituelle des lingots en produits. L'introduction par exemple de ThO2 ou de ZrO2 dans l'alliage permet d'obtenir des alliages haute température renforcés par dispersion qui fonctionnent longtemps sous charge à 1100-1200°C (la limite de service des alliages haute température classiques dans les mêmes conditions est de 1000-1050 °C). Une direction prometteuse pour la création de matériaux composites à haute résistance est le renforcement de matériaux avec des moustaches ("moustaches"), qui, en raison de leur petit diamètre, sont pratiquement dépourvus de défauts trouvés dans les cristaux plus gros et ont une résistance élevée. naib. pratique les cristaux d'Al2O3, de BeO, de SiC, de B4C, de Si3N4, d'AlN et de graphite d'un diamètre de 1 à 30 microns et d'une longueur de 0,3 à 15 mm sont intéressants. De telles charges sont utilisées sous forme de fils orientés ou de stratifiés isotropes tels que papier, carton, feutre. Les matériaux composites à base d'une matrice époxy et de whiskers ThO2 (30% en masse) ont st 0,6 GPa, module d'élasticité 70 GPa. L'introduction de moustaches dans la composition peut lui donner des combinaisons électriques inhabituelles. et mag. St. Le choix et la finalité des matériaux composites sont largement déterminés par les conditions de chargement et de fonctionnement en essaim d'une pièce ou d'une structure, de la technologie. Opportunités. naib. les matériaux composites polymères sont disponibles et maîtrisés.Large gamme de matrices sous forme de thermodurcissables et thermoplastiques. les polymères fournissent large choix matériaux composites pour un travail dans la gamme du négatif. température jusqu'à 100-200 ° - pour les organoplastiques, jusqu'à 300-400 ° - pour le verre, le charbon - et les boroplastiques. Les matériaux composites polymères à matrice polyester et époxy fonctionnent jusqu'à 120-200 °, avec du phénol-formaldéhyde - jusqu'à 200-300 ° C, du polyimide et du silicone. - jusqu'à 250-400°C. Metallich. des matériaux composites à base d'Al, de Mg et de leurs alliages, renforcés de fibres de B, C, SiC, sont utilisés jusqu'à 400-500 ° C; les matériaux composites à base d'alliages Ni et Co fonctionnent à des températures allant jusqu'à 1100-1200°C, à base de métaux réfractaires et comp. - jusqu'à 1500-1700 ° , à base de carbone et de céramique - jusqu'à 1700-2000 ° . L'utilisation de composites en tant qu'ingénierie structurelle, de protection thermique, antifriction, radio et électrique. et d'autres matériaux vous permet de réduire le poids de la structure, d'augmenter les ressources et la puissance des machines et des assemblages et de créer des assemblages, des pièces et des structures fondamentalement nouveaux. Tous les types de matériaux composites sont utilisés dans la chimie, le textile, les mines, la métallurgie. l'industrie, la construction mécanique, les transports, pour la fabrication d'équipements sportifs, etc.

Initie le lecteur aux composites à base de métaux et de matériaux composites céramiques. Il couvre également les principales utilisations des composites.

• Organoplastiques avec des fibres organiques d'origine naturelle et artificielle. Plus léger que les plastiques renforcés de fibre de verre et de carbone. Ils se caractérisent par une résistance élevée aux chocs, mais une faible résistance à la traction/flexion. Les plastiques de ce type comprennent, par exemple, le Kevlar.
• Textolite fabriqué à partir d'une matrice de polymère et de tissus de diverses natures comme charge. Certains PCB sont fabriqués avec une matrice de substances inorganiques(silicates, phosphates). Les propriétés des matériaux sont très diverses, selon le type de fibres du tissu. Les fibres sont fabriquées à partir de coton, d'amiante, de basalte, de verre, de matériaux artificiels, etc.
• Polymères chargés en poudre (polyéthylène, polypropylène, résines avec diverses charges, par exemple, talc, amidon, suie, carbonate de calcium, etc.) - plus de 10 000 types de ce type de plastique ont déjà été développés. Veuillez noter que vous pouvez acheter chez nous diverses charges et autres matières premières nécessaires à la fabrication de composites.

Composites à base de métal

Les composites métalliques sont fabriqués à base de nombreux métaux non ferreux, par exemple le cuivre, l'aluminium, le nickel. Pour le remplissage, on prélève des fibres résistantes à hautes températures qui ne se dissolvent pas dans la base. Le plus souvent, on utilise des fibres métalliques ou des monocristaux d'oxydes, nitrures, céramiques, carbures, borures. En conséquence, on obtient des composites beaucoup plus résistants au feu, solides et résistants à l'usure que le métal pur d'origine.

Composites céramiques

Les composites céramiques sont fabriqués par frittage sous pression de la masse céramique d'origine avec ajout de fibres ou de particules. Les fibres métalliques sont le plus souvent utilisées comme charges - des cermets sont obtenus. Ils se caractérisent par une résistance aux chocs thermiques et une conductivité thermique élevée.

Les cermets sont utilisés pour la production de pièces résistantes à l'usure et à la chaleur, par exemple les turbines à gaz, les fours électriques. Ils sont également demandés pour la fabrication d'outils coupants, de pièces de systèmes de freinage, de crayons combustibles pour réacteurs nucléaires.

Application de composites

Les matériaux composites sont déjà utilisés dans presque tous les domaines de production. Ils sont utilisés :

• en construction;
• production de verre sûr et blindé pour véhicules, vitrines et portes;
• prothèses médicales;
• revêtements pour tables de cuisine et embases pour cartes électroniques;
• pièces et boîtiers d'appareils électroménagers;
• cadres de fenêtres et plus.

C'est intéressant: composites aux propriétés extrêmes sont en demande dans les industries de l'aéronautique, de l'automobile, des navires et des fusées. Ils sont nécessaires à la production de pièces pour vaisseau spatial, centrales nucléaires, équipements sportifs (par exemple, vélos légers et durables). Ils sont utilisés pour la fabrication d'éléments d'appareils et d'équipements fonctionnant dans des environnements corrosifs et à haute température.

Dans l'histoire du développement de la technologie, deux directions importantes peuvent être distinguées:

• développement d'outils, de structures, de mécanismes et de machines,
• développement de matériaux.

Il est difficile de dire lequel d'entre eux est le plus important, car ils sont assez étroitement liés, mais sans le développement des matériaux, le progrès technique est en principe impossible. Ce n'est pas un hasard si les historiens subdivisent les premiers âges de la civilisation en l'âge de pierre, l'âge du bronze et l'âge du fer.

Le XXIe siècle actuel peut déjà être attribué au siècle des matériaux composites (composites).

Le concept de matériaux composites s'est formé au milieu du 20e siècle dernier. Cependant, les composites ne sont pas du tout un phénomène nouveau, mais seulement un nouveau terme formulé par les scientifiques des matériaux pour une meilleure compréhension de la genèse des matériaux de structure modernes.

Les matériaux composites sont connus depuis des siècles. Par exemple, à Babylone, les roseaux étaient utilisés pour renforcer l'argile dans la construction des habitations, et les anciens Égyptiens ajoutaient de la paille hachée aux briques d'argile. V La Grèce ancienne les colonnes de marbre ont été renforcées avec des tiges de fer lors de la construction de palais et de temples. En 1555-1560, lors de la construction de la cathédrale Saint-Basile-le-Bienheureux à Moscou, les architectes russes Barma et Postnik utilisèrent des dalles de pierre renforcées de bandes de fer. Le béton armé et l'acier damassé peuvent être appelés prédécesseurs directs des matériaux composites modernes.

Il existe des analogues naturels des matériaux composites - bois, os, coquillages, etc. De nombreux types de minéraux naturels sont en fait des composites. Ils sont non seulement durables, mais ont également d'excellentes propriétés décoratives.

Matériaux composites- des matériaux à plusieurs composants constitués d'une base en plastique - une matrice et des charges qui jouent un rôle de renforcement et d'autres. Il existe une limite de phase entre les phases (composants) du composite.

La combinaison de substances dissemblables conduit à la création d'un nouveau matériau, dont les propriétés diffèrent considérablement des propriétés de chacun de ses composants. Celles. un signe d'un matériau composite est une influence mutuelle notable des éléments composites du composite, c'est-à-dire leur nouvelle qualité, effet.

En faisant varier la composition de la matrice et de la charge, leur rapport, en utilisant des réactifs supplémentaires spéciaux, etc., une large gamme de matériaux avec l'ensemble de propriétés requis est obtenue.

Grande importance la disposition des éléments du matériau composite, à la fois dans le sens des charges agissantes et les uns par rapport aux autres, c'est-à-dire ordre. Les composites à haute résistance ont généralement une structure très ordonnée.

Un exemple simple. Poignée de sciure jetée dans un seau mortier de ciment n'affectera en rien ses propriétés. Si vous remplacez la moitié de la solution par de la sciure de bois, la densité du matériau, ses constantes thermophysiques, le coût de production et d'autres indicateurs changeront considérablement. Mais, une poignée de fibres de polypropylène rendra le béton résistant aux chocs et à l'usure, et un demi-seau de fibres lui apportera une élasticité, ce qui n'est pas du tout caractéristique des matériaux minéraux.

Actuellement, dans le domaine des matériaux composites (composites), il est d'usage d'inclure divers matériaux artificiels développé et mis en œuvre dans diverses branches de la technologie et de l'industrie, répondant principes généraux création de matériaux composites

Pourquoi y a-t-il un intérêt pour les matériaux composites en ce moment ? Parce que les matériaux traditionnels ne répondent plus toujours ou ne répondent pas entièrement aux besoins de la pratique de l'ingénierie moderne.

Les matrices dans les matériaux composites sont les métaux, les polymères, les ciments et les céramiques. Une grande variété de substances artificielles et naturelles sont utilisées comme charges dans différentes formes(grand format, feuillu, fibreux, dispersé, finement dispersé, microdispersé, nanoparticules).

On connaît également des matériaux composites multi-composants, notamment :

• polymatrice, lorsque plusieurs matrices sont combinées dans un même matériau composite,
• hybride, comprenant plusieurs charges différentes, chacune ayant son propre rôle.

La charge, en règle générale, détermine la résistance, la rigidité et la déformabilité du composite, et la matrice assure sa solidité, son transfert de contrainte et sa résistance à diverses influences extérieures.

Une place particulière est occupée par les matériaux composites décoratifs aux propriétés décoratives prononcées.

Des matériaux composites dotés de propriétés spéciales sont en cours de développement, par exemple des matériaux radio-transparents et des matériaux radio-absorbants, des matériaux pour la protection thermique des engins spatiaux en orbite, des matériaux à faible coefficient de dilatation thermique linéaire et un module d'élasticité spécifique élevé, etc.

Les matériaux composites sont utilisés dans tous les domaines de la science, de la technologie, de l'industrie, incl. en construction résidentielle, industrielle et spéciale, mécanique générale et spéciale, métallurgie, industrie chimique, énergie, électronique, appareils ménagers, fabrication de vêtements et de chaussures, médecine, sports, arts, etc.

La structure des matériaux composites.

Selon leur structure mécanique, les composites sont divisés en plusieurs classes principales : fibreux, stratifiés, renforcés par dispersion, renforcés par des particules et nanocomposites.

Les composites de fibres sont renforcés avec des fibres ou des whiskers. Même une faible teneur en charge dans les composites de ce type conduit à une amélioration significative des propriétés mécaniques du matériau. Les propriétés du matériau peuvent également être largement modifiées en changeant l'orientation de la taille et la concentration des fibres.

Dans les composites stratifiés, la matrice et la charge sont stratifiées, comme dans les stratifiés, le contreplaqué, les structures en bois collées et les stratifiés.

La microstructure des autres classes de matériaux composites est caractérisée par le fait que la matrice est remplie de particules d'une substance de renforcement et qu'elles diffèrent par la taille des particules. Dans les composites renforcés de particules, leur taille est supérieure à 1 µm et leur teneur est de 20 à 25 % (en volume), tandis que les composites renforcés par dispersion comprennent de 1 à 15 % (en volume) de particules d'une taille de 0,01 à 0,1 micron. Les tailles des particules entrant dans la composition des nanocomposites sont encore plus petites et s'élèvent à 10-100 nm.

Quelques composites courants

Béton- les matériaux composites les plus courants. Actuellement, une large gamme de bétons est produite, différant par leur composition et leurs propriétés. Les bétons modernes sont réalisés aussi bien sur des matrices cimentaires traditionnelles que sur des polymères (époxy, polyester, phénol-formaldéhyde, acrylique, etc.). Les bétons modernes à hautes performances sont proches en résistance des métaux. Les bétons décoratifs sont de plus en plus populaires.

Organoplastie- les composites dans lesquels des fibres synthétiques organiques servent de charges, moins souvent des fibres naturelles et artificielles sous forme de faisceaux, fils, tissus, papier, etc. Dans les organoplastiques thermodurcissables, la matrice est généralement constituée de résines époxy, polyester et phénoliques, ainsi que de polyimides. Les organoplastiques ont une faible densité, ils sont plus légers que les plastiques renforcés de fibre de verre et de carbone et ont une résistance à la traction relativement élevée ; haute résistance aux chocs et aux charges dynamiques, mais en même temps, faible résistance à la compression et à la flexion. Les organoplastiques les plus courants sont les composites à base de bois. En termes de volumes de production, les organoplastiques surpassent l'acier, l'aluminium et les plastiques.

Dans la littérature étrangère, de nouveaux termes sont récemment devenus populaires - biopolymères, bioplastiques et, par conséquent, biocomposites.

Matériaux composites bois. Les composites de bois les plus courants comprennent le béton de bois, le xylène, les panneaux de particules de ciment, collés structures en bois, contreplaqué et pièces pliées, plastiques en bois, panneaux de particules et panneaux de fibres et poutres, presses à bois et poudres de presse, composites thermoplastiques bois-polymère.

Fibre de verre- les matériaux composites polymères renforcés de fibres de verre, qui sont constitués de verre inorganique fondu. Comme matrice, on utilise le plus souvent aussi bien des résines synthétiques thermodurcissables (phénoliques, époxy, polyester...) que des polymères thermoplastiques (polyamides, polyéthylène, polystyrène...). Les plastiques en fibre de verre ont une résistance élevée, une faible conductivité thermique, des propriétés d'isolation électrique élevées, en plus, ils sont transparents aux ondes radio. Un matériau stratifié dans lequel un tissu tissé à partir de fibres de verre est utilisé comme charge est appelé stratifié de fibres de verre.

CFRP- les fibres de carbone servent de charge dans ces composites polymères. Les fibres de carbone sont produites à partir de fibres synthétiques et naturelles à base de cellulose, de copolymères d'acrylonitrile, de brais de pétrole et de goudron de houille, etc. Les polymères thermodurcissables et thermoplastiques peuvent être utilisés comme matrices dans les plastiques au carbone. Les principaux avantages des CFRP par rapport à la fibre de verre sont leur faible densité et leur module d'élasticité plus élevé ; les CFRP sont des matériaux très légers et, en même temps, solides.

Sur la base de fibres de carbone et d'une matrice de carbone, des matériaux composites carbone-graphite sont créés - les matériaux composites les plus résistants à la chaleur (plastiques carbone-carbone) pouvant résister longtemps à des températures allant jusqu'à 3000 ° C dans des milieux inertes ou réducteurs. .

Boroplastie- les matériaux composites contenant des fibres de bore comme charge, noyées dans une matrice polymère thermodurcissable, tandis que les fibres peuvent être à la fois sous forme de monofilaments et sous forme de faisceaux tressés avec un fil de verre auxiliaire ou des rubans dans lesquels des fils de bore sont entrelacés avec d'autres fils. L'utilisation des plastiques au bore est limitée par le coût élevé de production des fibres de bore ; par conséquent, ils sont principalement utilisés dans les technologies aéronautiques et spatiales dans des pièces soumises à des charges prolongées dans un environnement agressif.

Poudres de presse (masses de presse). Plus de 10 000 grades de polymères chargés sont connus. Les charges sont utilisées à la fois pour réduire le coût d'un matériau et pour lui conférer des propriétés particulières. Pour la première fois, le polymère chargé a commencé à être produit par le Dr Bakeland (Leo H. Baekeland, États-Unis), qui l'a découvert au début du 20e siècle. un procédé pour la synthèse de résine phénolformfldéhyde (bakélite). En soi, cette résine est une substance fragile de faible résistance. Bakeland a découvert que l'ajout de fibres, en particulier de farine de bois à la résine avant le durcissement, augmentait sa résistance. Le matériau qu'il a créé - la bakélite - est devenu très populaire. La technologie pour sa préparation est simple : un mélange de polymère partiellement durci et de charge - poudre de presse - se solidifie de manière irréversible dans le moule sous pression. Le premier produit de série a été fabriqué à l'aide de cette technologie en 1916, il s'agit du bouton de commande de vitesse d'une voiture Rolls-Royce. Les polymères thermodurcissables chargés sont largement utilisés dans une grande variété de domaines techniques. Diverses charges sont utilisées pour remplir les polymères thermodurcissables et thermoplastiques - farine de bois, kaolin, craie, talc, mica, suie, fibre de verre, fibre de basalte, etc.

PCB- plastiques laminés, renforcés de tissus de fibres diverses. La technologie permettant d'obtenir des PCB a été développée dans les années 1920. à base de résine phénol-formaldéhyde. Les tissus en tissu sont imprégnés de résine, puis pressés à une température élevée, obtenant des plaques de textolite ou des articles façonnés. Les liants dans les textolites sont une large gamme de polymères thermodurcissables et thermoplastiques, et parfois des liants inorganiques à base de silicates et de phosphates. Les tissus fabriqués à partir d'une grande variété de fibres sont utilisés comme charge - coton, synthétique, verre, carbone, amiante, basalte, etc. En conséquence, les propriétés et les applications des PCB sont variées.

Matériaux composites à matrice métallique. Lors de la création de composites à base de métaux, l'aluminium, le magnésium, le nickel, le cuivre, etc. sont utilisés comme matrice. La charge est constituée de fibres à haute résistance, de particules réfractaires de diverses dispersions, de monocristaux de type whisker d'oxyde d'aluminium, d'oxyde de béryllium, de carbures de bore et de silicium, de nitrures d'aluminium et de silicium, etc. 0,3-15 mm de long et 1-30 microns de diamètre.

Les principaux avantages des matériaux composites à matrice métallique par rapport au métal conventionnel (non renforcé) sont : une résistance accrue, une rigidité accrue, une résistance à l'usure accrue, une résistance au fluage accrue.

Matériaux composites à base de céramique. Le renforcement des matériaux céramiques avec des fibres, ainsi que des particules métalliques et céramiques dispersées, permet d'obtenir des composites à haute résistance, cependant, la gamme de fibres convenant au renforcement des céramiques est limitée par les propriétés matière première... Des fibres métalliques sont souvent utilisées. La résistance à la traction augmente de manière insignifiante, mais la résistance au choc thermique augmente - le matériau se fissure moins lorsqu'il est chauffé, mais il existe des cas où la résistance du matériau diminue. Elle dépend du rapport des coefficients de dilatation thermique de la matrice et de la charge.

Le renforcement des céramiques avec des particules métalliques dispersées conduit à de nouveaux matériaux (cermets) avec une résistance accrue, une résistance aux chocs thermiques et une conductivité thermique accrue. Les cermets à haute température sont utilisés pour fabriquer des pièces pour turbines à gaz, des raccords pour fours électriques et des pièces pour la technologie des fusées et des jets. Les cermets durs et résistants à l'usure sont utilisés pour la fabrication d'outils et de pièces de coupe. En outre, les cermets sont utilisés dans des domaines technologiques particuliers - il s'agit d'éléments combustibles de réacteurs nucléaires à base d'oxyde d'uranium, de matériaux de friction pour dispositifs de freinage, etc.