Matériaux à base de plusieurs composants, ce qui détermine leurs caractéristiques opérationnelles et technologiques. Les composites sont basés sur une matrice à base de métal, de polymère ou de céramique. Un renforcement supplémentaire est réalisé par des charges sous forme de fibres, de whiskers et de particules diverses.

Les composites sont-ils l'avenir ?

Plasticité, résistance, large champ d'application - c'est ce qui distingue moderne matériaux composites. Qu'en est-il en terme de production ? Ces matériaux sont constitués d'une base métallique ou non métallique. Des flocons de plus grande résistance sont utilisés pour renforcer le matériau. Parmi eux, on trouve le plastique, renforcé de bore, de carbone, de fibres de verre, ou l'aluminium, renforcé de filaments d'acier ou de béryllium. Si vous combinez le contenu des composants, vous pouvez obtenir des composites de résistance, d'élasticité et de résistance aux abrasifs différents.

Types principaux

La classification des composites est basée sur leur matrice, qui peut être métallique ou non métallique. Les matériaux à matrice métallique à base d'aluminium, de magnésium, de nickel et de leurs alliages gagnent en résistance grâce à matériaux fibreux ou des particules réfractaires qui ne se dissolvent pas dans le métal de base.

Composés avec matrice non métallique sont à base de polymères, de carbone ou de céramique. Parmi les matrices polymères, les plus populaires sont l'époxy, le polyamide et le phénol-formaldéhyde. La forme de la composition est donnée par la matrice, qui agit comme une sorte de liant. Pour renforcer les matériaux, des fibres, des câbles, des fils, des tissus multicouches sont utilisés.

La production de matériaux composites repose sur les méthodes technologiques suivantes :

• imprégnation de fibres de renforcement avec un matériau de matrice;
• moulage dans le moule des rubans de renfort et de la matrice ;
• pressage à froid des composants avec frittage supplémentaire ;
• revêtement électrochimique des fibres et pressage ultérieur ;
• dépôt de la matrice par projection plasma et compression ultérieure.

Quel durcisseur ?

Les matériaux composites ont trouvé une application dans de nombreuses industries. Qu'est-ce que c'est, nous l'avons déjà dit. à base de plusieurs composants, qui sont nécessairement renforcés avec des fibres ou des cristaux spéciaux. La résistance des composites eux-mêmes dépend également de la résistance et de l'élasticité des fibres. Selon le type de durcisseur, tous les composites peuvent être divisés :

• sur fibre de verre;
• fibres de carbone avec fibres de carbone;
• fibres de bore;
• fibres d'organes.

Les matériaux de renforcement peuvent être empilés en deux, trois, quatre fils ou plus, plus il y en a, plus les matériaux composites seront solides et fiables.

composites de bois

Séparément, il convient de mentionner le bois composite. Il est obtenu en combinant différents types de matières premières, le bois étant le composant principal. Chaque composite bois-polymère est constitué de trois éléments :

• particules de bois broyé;
• polymère thermoplastique (PVC, polyéthylène, polypropylène) ;
• un complexe d'additifs chimiques sous forme de modificateurs - ils entrent jusqu'à 5% dans la composition du matériau.

Le type de bois composite le plus populaire est le panneau composite. Sa particularité réside dans le fait qu'il combine les propriétés du bois et des polymères, ce qui élargit considérablement le champ de son application. Ainsi, la planche se distingue par sa densité (son indicateur est affecté par la résine de base et la densité des particules de bois), une bonne résistance à la flexion. Dans le même temps, le matériau est respectueux de l'environnement, conserve la texture, la couleur et l'arôme. bois naturel. L'utilisation de panneaux composites est absolument sans danger. Grâce aux additifs polymères, le panneau composite acquiert un haut niveau de résistance à l'usure et à l'humidité. Il peut être utilisé pour la finition des terrasses, des allées de jardin, même s'ils ont une charge importante.

Caractéristiques de fabrication

Les composites de bois ont une structure particulière en raison de la combinaison d'une base polymère avec du bois. Parmi les matériaux de ce type, on peut noter les panneaux de particules de différentes densités, les panneaux en copeaux orientés et le composite bois-polymère. La production de matériaux composites de ce type s'effectue en plusieurs étapes :

1. Le bois est déchiqueté. Pour cela, des broyeurs sont utilisés. Après concassage, le bois est tamisé et divisé en fractions. Si la teneur en humidité de la matière première est supérieure à 15 %, elle doit être séchée.
2. Les composants principaux sont dosés et mélangés dans certaines proportions.
3. Le produit fini est pressé et mis en forme pour acquérir une présentation.

Caractéristiques principales

Nous avons décrit les matériaux composites polymères les plus populaires. Ce dont il s'agit est maintenant clair. Grâce à la structure en couches, il est possible de renforcer chaque couche avec des fibres continues parallèles. Il convient de mentionner séparément les caractéristiques des composites modernes, qui diffèrent:

• valeur élevée de la résistance temporaire et de la limite d'endurance ;
• haut niveau d'élasticité;
• la résistance, qui est obtenue en renforçant les couches;
• grâce aux fibres de renforcement rigides, les composites ont haute résistance aux contraintes de rupture.

Les composites à base de métal se caractérisent par une résistance élevée et une résistance à la chaleur, alors qu'ils sont pratiquement inélastiques. Du fait de la structure des fibres, la vitesse de propagation des fissures, qui apparaissent parfois dans la matrice, est réduite.

Matériaux polymères

Les composites polymères sont présentés dans une variété d'options, ce qui ouvre de grandes opportunités pour leur utilisation dans divers domaines, de la dentisterie à la production d'équipements aéronautiques. Les composites à base de polymères sont remplis de diverses substances.

Les domaines d'utilisation les plus prometteurs peuvent être considérés comme la construction, l'industrie pétrolière et gazière, la production de transport routier et ferroviaire. Ce sont ces industries qui représentent environ 60 % de l'utilisation des matériaux composites polymères.

En raison de la haute résistance des composites polymères à la corrosion, de la surface uniforme et dense des produits obtenus par moulage, la fiabilité et la durabilité du fonctionnement du produit final augmentent.

Considérez les types populaires

fibre de verre

Des fibres de verre formées à partir de verre inorganique fondu sont utilisées pour renforcer ces matériaux composites. La matrice est basée sur des résines synthétiques thermodurcissables et des polymères thermoplastiques, qui se distinguent par une résistance élevée, une faible conductivité thermique et des propriétés d'isolation électrique élevées. Initialement, ils étaient utilisés dans la production de radômes d'antenne sous forme de structures en forme de dôme. DANS monde moderne les plastiques en fibre de verre sont largement utilisés dans l'industrie de la construction, la construction navale, la production d'équipements ménagers et d'articles de sport, et l'électronique radio.

Dans la plupart des cas, la fibre de verre est produite à base de pulvérisation. Cette méthode est particulièrement efficace dans la production à petite et moyenne échelle, par exemple, les coques de bateaux, les bateaux, les cabines de transport routier et les wagons de chemin de fer. La technologie de pulvérisation cathodique est pratique car elle ne nécessite pas de couper le matériau en verre.

PRFC

Les propriétés des matériaux composites à base de polymères permettent de les utiliser dans des domaines variés. Ils utilisent comme charge des fibres de carbone obtenues à partir de fibres synthétiques et naturelles à base de cellulose, de brais. La fibre est traitée thermiquement en plusieurs étapes. Par rapport à la fibre de verre, la fibre de carbone se caractérise par une densité plus faible et une légèreté et une résistance supérieures du matériau. En raison des propriétés opérationnelles uniques des plastiques en fibre de carbone, ils sont utilisés dans l'ingénierie mécanique et la construction de fusées, la production d'équipements spatiaux et médicaux, de vélos et d'équipements sportifs.

Boroplastie

Ce sont des matériaux multicomposants à base de fibres de bore introduites dans une matrice polymère thermodurcissable. Les fibres elles-mêmes sont représentées par des monofilaments, des faisceaux, qui sont tressés avec un fil de verre auxiliaire. La dureté élevée des fils assure la solidité et la résistance du matériau aux facteurs agressifs, mais en même temps, les boroplastiques sont cassants, ce qui complique le traitement. Les fibres de bore sont chères, de sorte que la portée des plastiques au bore se limite principalement aux industries aéronautique et spatiale.

Organoplastie

Dans ces composites, les fibres principalement synthétiques agissent comme des charges - câbles, fils, tissus, papier. Parmi les propriétés particulières de ces polymères, on peut noter une faible densité, une légèreté par rapport aux plastiques renforcés de fibres de verre et de carbone, une résistance élevée à la traction et une résistance élevée aux chocs et aux charges dynamiques. Ce matériau composite est largement utilisé dans des domaines tels que l'ingénierie mécanique, la construction navale, l'industrie automobile, la production de technologies spatiales et l'ingénierie chimique.

Quelle est l'efficacité ?

Les matériaux composites en raison de leur composition unique peuvent être utilisés dans une variété de domaines :

• dans l'aviation dans la production de pièces d'avions et de moteurs ;
• technologie spatiale pour la production de structures porteuses de véhicules qui sont chauffées;
• l'industrie automobile pour créer des carrosseries légères, des cadres, des panneaux, des pare-chocs ;
• l'industrie minière dans la production d'outils de forage ;
• génie civil pour la création de travées de ponts, éléments de structures préfabriquées sur immeubles de grande hauteur.

L'utilisation de composites permet d'augmenter la puissance des moteurs, des centrales électriques, tout en réduisant le poids des machines et des équipements.

Quelles sont les perspectives ?

Selon les représentants de l'industrie russe, le matériau composite appartient aux matériaux d'une nouvelle génération. Il est prévu que d'ici 2020, les volumes de production nationale de produits de l'industrie composite augmenteront. Des projets pilotes visant le développement de matériaux composites de nouvelle génération sont déjà mis en œuvre dans le pays.

L'utilisation de composites est opportune dans une variété de domaines, mais elle est plus efficace dans les industries associées à la haute technologie. Par exemple, aujourd'hui, aucun avion n'est pas créé sans l'utilisation de composites, et certains d'entre eux utilisent environ 60% de composites polymères.

En raison de la possibilité de combiner divers éléments de renforcement et matrices, il est possible d'obtenir une composition avec un certain ensemble de caractéristiques. Et cela, à son tour, permet d'utiliser ces matériaux dans une variété de domaines.

Les matériaux composites sont des matériaux constitués de deux ou plusieurs composants qui diffèrent par leur nature ou leur composition chimique, où les composants sont combinés en une seule structure monolithique avec une interface entre les composants dont la combinaison optimale permet d'obtenir un complexe d'éléments physico-chimiques et chimiques. propriétés mécaniques qui diffèrent d'un ensemble de propriétés de composant.

Au sens large, la notion de « matériau composite » comprend tout matériau présentant une structure hétérogène, c'est-à-dire structure composée de deux phases ou plus.

La nature elle-même a été le premier créateur de matériaux composites. De nombreuses structures naturelles (troncs d'arbres, os d'animaux, dents humaines, etc.) ont une structure fibreuse caractéristique. Il se compose d'une substance matricielle relativement plastique et de substances plus dures et plus résistantes sous forme de fibres. Par exemple: le bois est une composition constituée de faisceaux de fibres cellulosiques à haute résistance d'une structure tubulaire, reliées entre elles par une matrice de matière organique (lignine), qui confère au bois une rigidité transversale.

Des exemples de matériaux composites peuvent être des formations naturelles telles que des minéraux. Néphrite - se compose de cristaux en forme d'aiguille étroitement emballés connectés les uns aux autres aux interfaces. Cette structure fournit une viscosité élevée du jade et donc diverses tribus l'ont utilisé comme matériau pour fabriquer des haches.

caractéristiques générales matériaux composites

Et leur classement

L'attention portée aux matériaux composites n'a cessé d'augmenter ces dernières années. Cela est dû au fait que la possibilité d'améliorer les propriétés mécaniques des Matériaux de construction largement épuisé.

Les matériaux composites en termes de résistance et de rigidité spécifiques, de résistance à des températures élevées, de résistance à la rupture par fatigue et d'autres propriétés dépassent de manière significative tous les alliages structuraux connus. Le niveau d'un ensemble donné de propriétés est conçu à l'avance et mis en œuvre dans le processus de fabrication du matériau.

Riz. 20.1. Résistance et rigidité spécifiques de l'acier, du titane, des alliages d'aluminium et des composites (KAS-1, VKA-1B).

Les propriétés des matériaux composites dépendent principalement des propriétés physiques et mécaniques des composants et de la force de la liaison entre eux. Particularité de ces matériaux est qu'ils montrent les avantages des composants, et non leurs inconvénients. Dans le même temps, les matériaux composites ont des propriétés que ne possèdent pas les composants individuels inclus dans leur composition. Pour optimiser les propriétés de la composition, des composants aux propriétés très différentes mais complémentaires sont sélectionnés.

Selon leur composition, les matériaux composites sont constitués d'une base (matrice) et d'une charge (renfort, composant renforçant).

La base (matrice) des matériaux composites sont des métaux ou des alliages, des polymères, du carbone et des matériaux céramiques.

La matrice lie la composition, lui donne une forme. Les propriétés de la matrice déterminent en grande partie les modes technologiques d'obtention des matériaux composites et des caractéristiques de performance aussi importantes que : température de fonctionnement, résistance à la rupture par fatigue, densité et résistance spécifique.

Matériaux composites à matrices combinées constituées de couches alternées (deux ou plus) de différentes composition chimique. Ces matériaux sont appelés polymatrices. Les matériaux polymatrices se caractérisent par une liste plus étendue propriétés utiles. Par exemple, l'utilisation du titane comme matrice avec l'aluminium augmente la résistance des matériaux composites dans la direction perpendiculaire à l'axe des fibres. Les couches d'aluminium dans la matrice aident à réduire la densité du matériau.

Un autre composant est uniformément réparti dans la matrice, appelé armature ou composant de renforcement, ou parfois charge. Le concept de "renforcement" signifie - "introduit dans le matériau afin d'en modifier les propriétés", mais ne porte pas le concept sans ambiguïté de "renforcement".

Les composants de renforcement doivent avoir une résistance, une dureté et un module d'élasticité élevés. Dans ces propriétés, ils sont nettement supérieurs à la matrice.

Les propriétés des matériaux composites dépendent également de la forme ou de la géométrie, de la taille, de la quantité et de la nature de la répartition de la charge (schéma de renforcement).

Selon le formulaire, les charges sont divisées en trois groupes principaux:

1. Charges zérodimensionnelles ayant de très petites tailles d'un ordre en trois dimensions (particules) ;

2. Les charges unidimensionnelles sont petites dans deux directions et beaucoup plus grandes dans la troisième dimension (fibres) ;

3. Les charges bidimensionnelles ont deux tailles proportionnelles à la taille du matériau composite et dépassent largement la troisième (plaques, tissu).

La forme filiforme des éléments de renforcement présente à la fois des propriétés positives et côtés négatifs. Leur avantage est une résistance élevée et la capacité de créer un renforcement uniquement dans la direction dans laquelle il est structurellement requis. L'inconvénient de cette forme est que les fibres ne peuvent transmettre la charge que dans la direction de leur axe, alors que dans la direction perpendiculaire, il n'y a pas de renforcement et, dans certains cas, même un ramollissement peut se produire.

Les charges utilisées comme renfort doivent avoir les propriétés suivantes : point de fusion élevé, faible densité, haute résistance sur toute la plage de températures de fonctionnement, aptitude au traitement, solubilité minimale dans la matrice, haute résistance chimique, pas de toxicité pendant la fabrication et le fonctionnement.

Les matériaux composites qui contiennent deux charges différentes ou plus sont appelés polyrenforcés.

Si les matériaux composites sont constitués de trois composants ou plus, ils sont appelés hybrides.

Les matériaux composites sont classés selon plusieurs caractéristiques principales :

a) le matériau de la matrice et des composants de renfort ;

b) structure : géométrie et disposition des composants ;

c) méthode d'obtention ;

d) portée.

Considérons quelques caractéristiques de classification des matériaux composites.

Aujourd'hui, les constructeurs accordent une grande attention aux panneaux composites. Ces matériaux de pointe de pointe permettent de créer un rare style architectural nouveau bâtiment. Les panneaux composites sont utilisés pour les façades qui ont longtemps servi. Grâce à leur application, il y a une amélioration significative apparence bâtiments.

Ils peuvent être utilisés dans les régions chaudes et froides en raison de leur résistance aux différentes températures. Faire face aux façades avec un tel matériau conduit à 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 composés les panneaux ?

Les panneaux composites en aluminium sont des produits composés 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 ;
• tôle d'aluminium à haute résistance;
• charge minérale ou polymère réfractaire, il peut s'agir de polyéthylène, de polyuréthane, de polypropylène, de polystyrène ;
• une autre couche d'aluminium à haute résistance;
• apprêt;
• une couche de vernis;
• film protecteur.

Chaque panneau est recouvert d'une composition spéciale pour donner 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 haute résistance au délaminage. Selon le but, en plus de la peinture, le produit peut être recouvert d'un vernis antirouille sur les deux ou sur un côté, ce qui augmente la résistance à l'usure de la plaque composite en aluminium. Les produits finis sont fabriqués sous forme de bande continue. Avoir une grande variété dimensions globales très pratique pour les consommateurs.

Le panneau composite est réalisé par pliage de tôles d'aluminium.

Il est souhaitable que le rayon de courbure soit le plus petit, s'il est identique à l'épaisseur de la plaque, 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 peinture de protection et de surface sont appliquées uniformément.

La surface des panneaux composites aluminium pour façade peut copier :

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

Sur le marché de la construction, il existe des panneaux composites en aluminium avec un effet métal noble, rendu possible grâce au 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.

Pour que la façade des panneaux composites devienne plus rigide, des éléments supplémentaires sont souvent utilisés. Les propriétés de ce produit sont affectées par la charge, qui sous-tend la couche centrale. Les fabricants au début de la fabrication d'un tel produit utilisaient matériau polymère comme charge - mousse de polyéthylène.

Le composite d'aluminium a :

• faible poids;
• bonne plasticité;
• bonnes propriétés d'insonorisation.

Mais ce type présente un inconvénient principal, à savoir que le polyéthylène brûle, favorise le processus de combustion, fond et émet de la fumée nocive. De telles lacunes n'ont pas de feuilles d'aluminium avec une charge minérale. Cette mousse de polyéthylène contient une quantité importante de retardateurs de flamme. Grâce à ces compléments minéraux, son 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 - les charges des classes A et A2. L'hydroxyde d'aluminium est leur composant de base. Ces composites panneaux de façade sont classés comme 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 forme arrondie ou autrement irrégulière. Le truc c'est qu'ils manquent de plasticité. Les panneaux composites en aluminium sont chers.

Ils sont utilisés sur les structures et les 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 deux feuilles de métal il existe un réseau de dessins de cavaliers fins en aluminium :

• cellulaire;
• engrener;
• linéaire.

Ils diffèrent:

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

Cette variété n'a pas une capacité suffisante pour absorber le bruit et les vibrations. De l'impact mécanique, ils sont pressés.

Principaux avantages

Le matériau composite est disponible en différentes couleurs. Les produits sont couleurs solides, ainsi que la copie de la texture des matériaux naturels :

• arbre;
• marbre;
• granit.

La face avant sert longtemps grâce à la peinture appliquée. D'autres propriétés positives incluent la simplicité de divers processus de traitement. Par exemple, grâce au fraisage en surface des panneaux aluminium de façade, vous pouvez réaliser ouvertures techniques. La facilité de traitement augmente plusieurs fois la portée de son utilisation. La conception du matériau vous permet de le convertir en n'importe quelle forme, de le plier et de le couper.

Le résultat est la possibilité d'utiliser des bâtiments non standard pour la décoration, dans lesquels des dômes, des arcs, des pyramides sont fournis.

La façade ventilée en panneaux composites d'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. La légèreté ne peut pas alourdir le bâtiment. Face à 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 battante Il est très avantageux de mettre du composite sur des immeubles de grande hauteur, car dans ce cas la surface a la capacité de s'auto-nettoyer.

Le revêtement avec des panneaux composites est réalisé en peu de temps. Ils donneront au bâtiment une apparence moderne et élégante, lui conféreront des propriétés esthétiques importantes.

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

Face à la façade des installations de production dangereuses est recommandée avec ce type de composite.

Cependant, il faut garder à l'esprit que le matériau présente également des inconvénients. Le produit n'est donc pas thermiquement isolant. Il faut tenir compte de sa faible aptitude à la réparation. Dans le cas où le revêtement des panneaux composites est endommagé, il est alors assez difficile à réparer. Si vous devez remplacer la cassette, vous devrez changer celles qui se trouvent à proximité. Avec 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 populaires. Extérieurs de toutes sortes de structures - c'est le domaine d'application le plus courant. La façade composite est constituée de panneaux d'aluminium multicouches utilisés pour le revêtement extérieur des bâtiments.

La façade ventilée, finie avec un composite, acquiert un aspect moderne unique. S'il y a aussi un radiateur, vous pouvez réaliser des économies tangibles énergie électrique sans encourir de frais 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 matériel différent. Il n'est pas nécessaire de les préparer à l'avance, ce qui signifie que vous pouvez économiser beaucoup. en espèces. Une façade ventilée légère et légère en matériaux composites permet de concrétiser l'idée de n'importe quel concepteur.

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

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

Ce sont des endroits où un matériau durable est requis, capable de résister à une utilisation continue 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 structures temporaires légères. Souvent, les panneaux composites en aluminium sont impliqués dans la construction de diverses corniches décoratives, corbeaux, extérieurs plafonds suspendus, dans le revêtement des colonnes.

Les façades en composite vous permettent de créer un style architectural moderne. Et tout cela a été rendu possible grâce au faible poids, à la facilité de manipulation, flexibilité accrue et variété de couleurs.

1. Les matériaux composites ou composites sont les 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 son augmentation, un développement systématique intensif de nouveaux matériaux a commencé. Cela conduira, probablement dans un avenir imaginable, à la création de matériaux d'une résistance plusieurs fois supérieure à celle des alliages conventionnels d'aujourd'hui. Dans ce cas, une grande attention sera portée aux mécanismes déjà connus de durcissement de l'acier et de vieillissement des alliages d'aluminium, aux combinaisons de ces mécanismes connus avec des procédés de mise en forme et aux nombreuses possibilités de création de matériaux combinés. Deux voies prometteuses s'ouvrent avec les matériaux composites renforcés soit par des fibres, soit par des solides dispersés. Tout d'abord, les fibres les plus fines à haute résistance constituées de monocristaux de verre, de carbone, de bore, de béryllium, d'acier ou de whisker sont introduites dans une matrice de métal inorganique ou de polymère 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 de tels matériaux d'avenir.

Matériau composite - un matériau structurel (métallique ou non métallique) dans lequel se trouvent des éléments de renforcement sous forme de fils, de fibres ou de flocons de plus matériau résistant. Exemples de matériaux composites : plastiques renforcés de bore, de carbone, de fibres de verre, étoupes ou tissus à base de ceux-ci ; aluminium renforcé de filaments d'acier, béryllium. En combinant le contenu volumique 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 et autres spéciales nécessaires. Propriétés.

2. Types de matériaux composites.

2.1. Matériaux composites à matrice métallique.

Les matériaux composites ou les matériaux composites sont composés de matrice métallique(généralement Al, Mg, Ni et leurs alliages), renforcés de fibres à haute résistance (matériaux fibreux) ou de particules réfractaires finement dispersées qui ne se dissolvent pas dans le métal de base (matériaux renforcés par dispersion). La 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 à matrice non métallique.

Les matériaux composites à matrice non métallique ont trouvé une large application. Des matériaux polymères, carbone et céramique sont utilisés comme matrices non métalliques. Parmi les matrices polymères, les plus utilisées sont l'époxy, le phénol-formaldéhyde et le polyamide.
Matrices carbonées cokéfiées ou pyrocarbonées obtenues à partir de polymères synthétiques soumis à pyrolyse. La matrice lie la composition, lui donnant une forme. Les renforts sont des fibres : verre, carbone, bore, organiques, à base de whiskers (oxydes, carbures, borures, nitrures et autres), ainsi que de métal (fils), qui ont une résistance et une rigidité élevées.

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 câbles, de fils, de rubans, de tissus multicouches.

Le contenu du durcisseur dans les matériaux orientés est de 60-80 vol. %, non orienté (avec des fibres discrètes et des trichites) - 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 de la composition au cisaillement et à la compression et la résistance à la rupture par fatigue.

Selon le type de durcisseur, les matériaux composites sont classés en fibres de verre, fibres de carbone avec fibres de carbone, fibres de bore et fibres organiques.

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 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 isotropes et anisotropes.
Vous pouvez poser les fibres sous différents angles, en faisant varier les propriétés des matériaux composites. La rigidité en flexion et en torsion du matériau dépend de l'ordre de pose des couches dans l'épaisseur de l'emballage.

La pose d'éléments de renforcement de trois, quatre fils ou plus est utilisée.
La structure de trois fils mutuellement perpendiculaires a la plus grande application. Les durcisseurs 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 à la déchirure et au cisaillement par rapport aux tissus en couches. Un système de quatre brins est construit en dilatant l'agent de renforcement le long des diagonales du cube. La structure de quatre fils est équilibrée, a une rigidité de cisaillement accrue dans les plans principaux.
Cependant, créer des matériaux quadridirectionnels est plus difficile que des matériaux tridirectionnels.

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 avec 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, correspondant en largeur et en longueur au matériau final. Il n'est pas rare que des fibres soient tissées dans des 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 sensibilité à la fissuration plus faible. 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 des fibres doivent être nettement supérieurs à la résistance et au module d'élasticité de la matrice.
Les fibres de renforcement rigides perçoivent les contraintes apparaissant dans la composition sous charge, lui confèrent résistance et rigidité dans le sens de l'orientation des fibres.

Pour renforcer l'aluminium, le magnésium et leurs alliages, des fibres de bore sont utilisées, ainsi que des fibres de composés réfractaires (carbures, nitrures, borures et oxydes), qui ont une résistance et un module d'élasticité élevés. Souvent, du fil d'acier à haute résistance est utilisé comme fibres.

Pour renforcer le titane et 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. Des durcisseurs prometteurs pour les matériaux composites fibreux à haute résistance et haut module sont les trichites en oxyde et nitrure d'aluminium, carbure et nitrure de silicium, carbidabor, etc.

Les matériaux composites à base de métal ont une résistance et une résistance à la chaleur élevées, tout en ayant une faible plasticité. Cependant, les fibres des matériaux composites réduisent la vitesse de propagation des fissures qui s'amorcent dans la matrice et la rupture fragile soudaine disparaît presque complètement. Une caractéristique distinctive des matériaux composites uniaxiaux fibreux est 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 le 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 interlaminaire et au cisaillement transversal. Les matériaux à renfort volumétrique en sont dépourvus.

3.2. Matériaux composites renforcés par dispersion.

Contrairement aux matériaux composites fibreux, dans les matériaux composites renforcés par dispersion, la matrice est le principal élément porteur et les particules dispersées ralentissent le mouvement des dislocations dans celle-ci.
Une résistance élevée est obtenue avec une taille de particules de 10 à 500 nm avec une distance moyenne entre elles de 100 à 500 nm et leur distribution uniforme dans la matrice.
La solidité et la résistance à la chaleur, dépendant de la teneur volumique des phases durcissantes, n'obéissent pas à la loi de l'additivité. La teneur optimale de la deuxième phase pour différents métaux n'est pas la même, mais ne dépasse généralement pas 5-10 vol. %.

L'utilisation de composés réfractaires stables (oxydes de thorium, hafnium, yttrium, composés complexes d'oxydes et de terres rares) insolubles dans le métal de la matrice comme phases de renforcement permet de maintenir la haute résistance du matériau jusqu'à 0,9-0,95 T. Dans ce contexte, ces matériaux sont souvent utilisés comme résistants à la chaleur. Les matériaux composites renforcés par dispersion peuvent être obtenus à partir de la plupart des métaux et alliages utilisés en ingénierie.

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 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. En termes de résistance à long terme, ils sont supérieurs aux alliages d'aluminium corroyés. La résistance à long terme des alliages SAP-1 et SAP-2 à 500°C est de 45-55 MPa.

De belles perspectives pour les matériaux renforcés par dispersion de nickel.
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 durci avec du dioxyde de thorium), VDU-2 (nickel durci avec du dioxyde d'hafnium) et VD-3 (matrice Ni + 20% Cr durcie avec de l'oxyde de thorium) ont reçu une large application. Ces alliages ont une résistance élevée à la chaleur. Les matériaux composites renforcés par dispersion, ainsi que les matériaux fibreux, résistent au ramollissement avec l'augmentation de la température et du temps de maintien à une température donnée.

3.3. Fibre de verre.

La fibre de verre est une composition constituée d'une résine synthétique, qui est un liant, et d'une charge de fibre de verre. En tant que charge, une fibre de verre continue ou courte est utilisée. 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 qui se produisent dans les sections épaisses). Les propriétés de la fibre de verre dépendent également de la teneur en alcali dans sa composition; la meilleure performance des verres sans alcali de composition aluminoborosilicate.

Les fibres de verre non orientées contiennent une fibre courte comme charge. Cela permet de presser les pièces. forme complexe, avec ferrures métalliques. Le matériau est obtenu avec des caractéristiques de résistance isotopique bien supérieures à celles des poudres de presse et même des fibres. Les représentants d'un tel matériau sont les fibres de verre AG-4V, ainsi que les DSV (fibres de verre dosées), qui sont utilisées pour la fabrication de pièces électriques de puissance, de pièces mécaniques (bobines, joints de pompe, etc.). Lorsqu'on utilise des polyesters insaturés 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 gros produits formes simples(carrosseries, bateaux, caisses d'instruments, etc.).

La fibre de verre orientée a une charge sous forme de fibres longues disposées en brins séparés orientés et soigneusement collées avec un liant. Cela fournit une fibre de verre plus résistante.

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

3.4. Fibres de carbone.

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

L'énergie de liaison C-C élevée des fibres de carbone leur permet de maintenir leur résistance à très hautes températures(en ambiance neutre et réductrice jusqu'à 2200 °C), ainsi qu'à basses températures. Protège les fibres de l'oxydation des revêtements protecteurs(pyrolytique). Contrairement aux fibres de verre, les fibres de carbone sont mal mouillées par un 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 interlaminaire de la fibre de carbone augmente de 1,6 à 2,5 fois. La trichite des cristaux de whisker de TiO, AlN et SiN est utilisée, ce qui donne une augmentation de la rigidité intercouche de 2 fois et de la résistance de 2,8 fois. Des structures spatialement renforcées sont utilisées.

Les liants sont des polymères synthétiques (fibres de carbone polymères) ; les polymères synthétiques soumis à pyrolyse (fibres de carbone cokéfiées) ; carbone pyrolytique (fibres de carbone pyrocarbone).

Les fibres de carbone époxyphénoliques KMU-1l, renforcées avec du ruban de carbone, et KMU-1u sur une étoupe, viscérées avec des cristaux de whisker, peuvent fonctionner longtemps à des températures allant jusqu'à 200 °C.

Les fibres de carbone KMU-3 et KMU-2l sont obtenues sur un liant époxyanilino-formaldéhyde, elles peuvent fonctionner à des températures allant jusqu'à 100°C, elles sont les plus avancées technologiquement. Fibres de carbone KMU-2 et
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 élevée à la fatigue statique et dynamique, conservent cette propriété à des températures normales et très basses (la 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 aux rayons X dans l'air, E et E ne changent presque pas.

La conductivité thermique de la fibre de 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) ; ? \u003d 10 et tg \u003d 0,001 (à une fréquence actuelle de 10 Hz).

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

3.5. Fibre de carbone avec matrice de carbone.

Les matériaux de cokéfaction sont obtenus à partir de fibres de carbone polymères classiques soumises à une pyrolyse en atmosphère inerte ou réductrice. À une température de 800-1500 ° C, des fibres carbonisées carbonisées se forment; à 2500-3000 ° C, des fibres de carbone graphitées se forment. Pour obtenir des matériaux pyrocarbonés, le durcisseur est disposé selon la forme du produit et placé dans un four dans lequel on fait passer un hydrocarbure gazeux (méthane). Sous un certain régime (température 1100°C et pression résiduelle 2660 Pa), le méthane se décompose et le carbone pyrolytique résultant se dépose sur les fibres de l'agent de renforcement, les liant.

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

Fibre de carbone avec une matrice de carbone de type KUP-VM en termes de résistance et la résistance aux chocs 5 à 10 fois supérieur aux graphites spéciaux ; lorsqu'il est chauffé dans une atmosphère inerte et sous vide, il conserve sa résistance jusqu'à 2200
°C, s'oxyde à l'air à 450 °C et nécessite un revêtement protecteur.
Le coefficient de frottement d'une fibre de carbone à matrice de carbone est par ailleurs élevé (0,35-0,45) et l'usure est faible (0,7-1 microns pour le freinage).

3.6. Fibres de bore.

Les fibres de bore sont des compositions d'un liant polymère et d'un agent de renforcement - les fibres de bore.

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

En plus de la fibre de bore continue, des glassites de bore complexes sont utilisées, dans lesquelles plusieurs fibres de bore parallèles sont tressées avec de la fibre de verre, ce qui confère une stabilité dimensionnelle. L'utilisation de fibres 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 fibres de bore. Fibres de bore KMB-1 et
KMB-1k sont conçus pour long travailà 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 ° C; KMB-2k est opérationnel à 300 °C.

Les fibres de bore ont une résistance élevée à la fatigue, elles résistent aux radiations, à l'eau, aux solvants organiques et aux carburants et lubrifiants.

3.7. Fibres organiques.

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, et sont stables sous l'action de charges alternées et d'un changement brusque de température. Pour les fibres synthétiques, la perte de résistance lors du traitement textile est faible; ils sont moins sensibles aux dommages.

Pour les fibres organiques, les valeurs du module d'élasticité et des coefficients de température expansion linéaire le durcisseur et le liant sont proches.
Il y a diffusion des composants du liant dans la fibre et 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 organo-fibres avec une forte chute de température, l'action des chocs et des charges cycliques. La résistance aux chocs est élevée (400-700kJ/m²). L'inconvénient de ces matériaux est la résistance à la compression relativement faible et le fluage élevé (en particulier pour les fibres élastiques).

Les fibres organiques sont stables dans les environnements agressifs et dans un climat tropical humide ; 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, à côté des fibres synthétiques, on utilise des fibres minérales (fibres de verre, de carbone et de bore). De tels matériaux ont une plus grande résistance et rigidité.

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

Les domaines d'application des matériaux composites ne sont pas limités. Ils sont utilisés en aéronautique pour les pièces fortement chargées des avions (peau, longerons, nervures, panneaux, etc.) et des moteurs (aubes de compresseurs et turbines, etc.), en technologie spatiale pour les unités de structures portantes des véhicules soumis à des échauffements , pour les éléments de raidissement, les panneaux , dans l'industrie automobile pour alléger les caisses, ressorts, châssis, tôles de caisse, pare-chocs, etc., dans l'industrie minière (outils de forage, pièces de moissonneuses-batteuses, etc.), dans le génie civil (travées de pont, éléments de structures préfabriquées d'immeubles de grande hauteur, etc.) etc.) et dans d'autres domaines de l'économie nationale.

L'utilisation de matériaux composites offre un nouveau saut qualitatif dans l'augmentation de la puissance des moteurs, des installations électriques et de transport, en réduisant le poids des machines et des appareils.

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

Les matériaux composites à matrice non métallique, nommément les fibres de carbone polymères, sont utilisés dans les industries de la construction navale et de l'automobile (carrosseries, châssis, hélices); roulements, panneaux chauffants, équipements sportifs, pièces d'ordinateurs en sont fabriqués. Les fibres de carbone à haut module sont utilisées pour la fabrication de pièces d'avions, d'équipements pour l'industrie chimique, en équipement de radiographie et un ami.

La fibre de carbone à matrice de carbone remplace divers types de graphite. Ils sont utilisés pour la protection thermique, les disques de freins d'avions, les équipements résistants aux produits chimiques.

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

Les organofibres sont utilisées comme matériau de structure isolant dans l'industrie électrique et radio, la technologie aéronautique et l'ingénierie automobile; des tuyaux, des conteneurs de réactifs, des revêtements de coque de navire et bien plus encore en sont fabriqués.

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Introduction. 2

1. informations générales sur les matériaux composites.. 3

2. Composition et structure du composite .. 5

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

3.1. Matériaux composites à matrice métallique 10

3.2. Matériaux composites à matrice non métallique 10

4. Matériaux de construction - composites .. 12

4.1. Polymères dans la construction. 12

4.2. Composites et béton.. 16

4.3. Panneaux Composites Aluminium.. 19

Conclusion. 23

Liste de la littérature utilisée.. 24

introduction

En ce début de XXIe siècle, la question des futurs matériaux de construction se pose. Le développement rapide de la science et de la technologie rend les prévisions difficiles : il y a quatre décennies, il n'y avait pas application large les matériaux de construction polymères et les «vrais» composites modernes n'étaient connus que d'un cercle restreint de spécialistes. Cependant, 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 et 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 plus grande qualité opérationnelle et donc durabilité et fiabilité. Il y aura une utilisation maximale des déchets de diverses industries, des produits usagés, des déchets locaux et domestiques. Les matériaux de construction seront sélectionnés selon des critères environnementaux, et leur production sera basée sur des technologies non-déchets.

Déjà maintenant, il existe une abondance de noms de marque pour les matériaux de finition, d'isolation et autres, qui, en principe, ne diffèrent que par leur composition et leur technologie. Ce flux de nouveaux matériaux va augmenter et leurs performances vont s'améliorer en réponse aux rudes conditions climatiques et économiser les ressources énergétiques de la Russie.

1. Généralités sur les matériaux composites

Un matériau composite est un matériau solide hétérogène composé de deux composants ou plus, parmi lesquels on distingue des éléments de renforcement qui apportent les caractéristiques mécaniques nécessaires au matériau, et une matrice (ou liant) qui apporte 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 du choix correct des composants initiaux et de la technologie de leur combinaison, conçue pour fournir une liaison solide entre les composants tout en conservant leurs caractéristiques d'origine.

En combinant les éléments de renforcement et la matrice, un complexe de propriétés composites est formé, 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, une augmentation de la résistance statique n'entraîne pas une diminution, mais, en règle générale, une augmentation des caractéristiques de résistance à la rupture.

haute résistance spécifique

grande rigidité (module d'élasticité 130…140 GPa)

haute résistance à l'usure

haute résistance à la fatigue

il est possible de réaliser des structures dimensionnellement stables à partir de CM

De plus, différentes classes de composites peuvent avoir un ou plusieurs avantages. Certains avantages ne peuvent pas être obtenus simultanément.

Inconvénients des matériaux composites

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

prix élevé

anisotropie des propriétés

augmentation de l'intensité scientifique de la production, besoin d'équipements et de matières premières spéciaux coûteux, et donc d'une production industrielle développée et de la base scientifique du pays

2. Composition et structure du composite

Les composites sont des matériaux multicomposants constitués d'une base (matrice) polymère, métallique, carbone, céramique ou autre renforcée par des charges constituées de fibres, trichites, particules fines, etc. En choisissant la composition et les propriétés de la charge et de la matrice (liant), leur rapport , orientation de la charge, il est possible d'obtenir des matériaux avec la combinaison requise de propriétés opérationnelles et technologiques. L'utilisation de plusieurs matrices (matériaux composites polymatrices) ou charges de natures diverses (matériaux composites hybrides) dans un même matériau élargit considérablement les possibilités de contrôle des propriétés des matériaux composites. Les charges de renforcement perçoivent la part principale de la charge des matériaux composites.

Selon la structure de la charge, les matériaux composites sont divisés en fibreux (renforcés de fibres et de trichites), stratifiés (renforcés de films, de plaques, de charges en couches), renforcés par dispersion ou renforcés par dispersion (avec une charge sous forme de particules fines). La matrice en matériaux composites assure la solidité du matériau, le transfert et la répartition des contraintes dans le filler, détermine la chaleur, l'humidité, le feu et les produits chimiques. durabilité.

Selon la nature du matériau de la matrice, on distingue le polymère, le métal, le carbone, la céramique et d'autres composites.

Les matériaux composites renforcés de fibres continues à haute résistance et à module élevé ont reçu la plus grande application dans la construction et l'ingénierie. Il s'agit notamment : des matériaux composites polymères à base de thermodurcissables (époxy, polyester, phénol-formal, polyamide, etc.) et de liants thermoplastiques renforcés de verre (fibre de verre), de carbone (fibre de carbone), org. (organoplastie), bore (boroplastie) 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 de fil 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 céramiques renforcées 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 ont été créées (voir tableau) avec des battements. résistance et module d'élasticité 2 à 5 fois supérieurs à ceux des matériaux et alliages de structure conventionnels. 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 par 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 des fils (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 de Ni résistants à la chaleur renforcés de fibres peuvent fonctionner à 1300-1350 °C. Dans la fabrication de matériaux composites fibreux métalliques, l'application d'une matrice métallique sur une charge s'effectue principalement à partir d'une masse fondue du matériau de la matrice, par dépôt électrochimique ou pulvérisation cathodique. Le moulage des produits est réalisé par Ch. arr. le procédé d'imprégnation du cadre de fibres de renforcement avec un métal fondu sous pression jusqu'à 10 MPa ou en combinant une feuille (matériau de la matrice) avec des fibres de renforcement par laminage, pressage, extrusion sous charge. jusqu'à la température de fusion du matériau de la matrice.

L'une des méthodes technologiques générales pour la fabrication de polymère et de métal. matériaux composites fibreux et stratifiés - la croissance de cristaux de charge dans la matrice directement dans le processus de fabrication des pièces. Cette méthode est utilisée, par exemple, lors de la création d'un eutectique. alliages réfractaires à base de Ni et Co. Alliage de masses fondues avec du carbure et des intermétalliques. Comm., qui forment des cristaux fibreux ou lamellaires lors du refroidissement dans des conditions contrôlées, conduit au durcissement des alliages et permet d'augmenter la température de leur fonctionnement de 60 à 80 oC. les matériaux composites à base de carbone combinent une faible densité avec une conductivité thermique élevée, chem. durabilité, constance des dimensions avec de fortes baisses de température, ainsi qu'avec une augmentation de la résistance et du module d'élasticité lorsqu'il est chauffé à 2000 ° C dans un milieu inerte. Pour les méthodes d'obtention 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 du métal. et céramique particules dispersées. Le renforcement avec des fibres continues de SiC permet d'obtenir des matériaux composites caractérisés par une augmentation de ténacité, résistance à la flexion et haute résistance à l'oxydation à hautes températures. Cependant, le renforcement des céramiques par des fibres ne conduit pas toujours à des résultats significatifs. une augmentation de ses propriétés de résistance due à l'absence d'état élastique du matériau à une valeur élevée de son module d'élasticité. Renforcement avec du métal dispersé. particules vous permet de créer une céramique-métal. matériaux (cermets) avec augmenté. résistance, conductivité thermique, résistance aux chocs thermiques. Dans la fabrication de la céramique les matériaux composites utilisent généralement le pressage à chaud, en pressant avec le dernier. frittage, coulée en barbotine (voir aussi Céramique). Renforcement des matériaux avec du métal dispersé. particules conduit à une forte augmentation de la résistance due à la création de barrières au mouvement des dislocations. Un tel renfort arr. utilisé dans la création d'alliages chrome-nickel résistants à la chaleur. Les matériaux sont obtenus en introduisant de fines particules dans le métal en fusion avec le dernier. transformation normale des lingots en produits. L'introduction de, par exemple, ThO2 ou ZrO2 dans l'alliage permet d'obtenir des alliages résistants à la chaleur renforcés par dispersion qui fonctionnent longtemps sous charge à 1100-1200 ° C (la limite de capacité de travail des alliages résistants à la chaleur conventionnels dans les mêmes conditions est de 1000-1050°C). Une direction prometteuse dans la création de matériaux composites à haute résistance est le renforcement des matériaux avec des whiskers, qui, en raison de leur petit diamètre, sont pratiquement dépourvus de défauts trouvés dans les cristaux plus gros et ont une résistance élevée. max. pratique les cristaux d'intérêt sont les cristaux d'Al2O3, BeO, SiC, B4C, Si3N4, AlN et le graphite d'un diamètre de 1 à 30 microns et d'une longueur de 0,3 à 15 mm. Ces charges sont utilisées sous forme de fils orientés ou de stratifiés isotropes comme le papier, le carton, le feutre. les matériaux composites à base d'une matrice époxy et de trichites de ThO2 (30 % en poids) ont une croissance  0,6 GPa, un module élastique 70 GPa. L'introduction à la composition des moustaches peut lui donner des combinaisons inhabituelles d'électriques. et magn. sv. Le choix et la nomination des matériaux composites sont largement déterminés par les conditions de chargement et les conditions de fonctionnement de la pièce ou de la structure, technol. Opportunités. max. les matériaux composites polymères sont disponibles et maîtrisés Une large gamme de matrices sous forme de thermodurcissables et thermoplastiques. polymères fournit large choix matériaux composites pour les travaux dans la gamme du négatif. t-r jusqu'à 100-200°С - pour les organoplastiques, jusqu'à 300-400 °С - pour les plastiques au verre, au carbone et au bore. Les matériaux composites polymères à matrice polyester et époxy fonctionnent jusqu'à 120-200 °, avec un phénol-formaldéhyde - jusqu'à 200-300 ° C, polyimide et silicium-org. - jusqu'à 250-400°C. métallique les matériaux composites à base d'Al, Mg et 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 Comm. - jusqu'à 1500-1700°C, à base de carbone et de céramique - jusqu'à 1700-2000°C. L'utilisation des composites comme ingénierie structurelle, de protection thermique, antifriction, radio et électrique. et d'autres matériaux permet de réduire le poids de la structure, d'augmenter les ressources et les capacités des machines et des assemblages et de créer des unités, des pièces et des structures fondamentalement nouvelles. Tous les types de matériaux composites sont utilisés dans les industries chimiques, textiles, minières, métallurgiques. l'industrie, la construction mécanique, les transports, pour la fabrication d'équipements sportifs, etc.