Bahan komposit

Bahan komposit (komposit, KM) - bahan padat heterogen yang terdiri dari dua atau lebih komponen, di antaranya kita dapat membedakan elemen penguat yang memberikan karakteristik mekanis yang diperlukan dari bahan tersebut, dan matriks (atau pengikat) yang menyediakan bekerja bersama elemen penguat.

Perilaku mekanik suatu komposit ditentukan oleh hubungan antara sifat-sifat elemen penguat dan matriks, serta kekuatan ikatan antar keduanya. Efektivitas dan kinerja material bergantung pada pilihan yang tepat komponen asli dan teknologi kombinasinya, dirancang untuk memastikan hubungan yang kuat antar komponen dengan tetap mempertahankan karakteristik aslinya.

Akibat penggabungan unsur penguat dan matriks, terbentuklah sifat-sifat kompleks komposit yang tidak hanya mencerminkan sifat-sifat awal komponen-komponennya, tetapi juga mencakup sifat-sifat yang tidak dimiliki oleh komponen-komponen yang diisolasi. Secara khusus, adanya antarmuka antara elemen penguat dan matriks secara signifikan meningkatkan ketahanan retak material, dan pada komposit, tidak seperti logam, peningkatan kekuatan statis tidak menyebabkan penurunan, tetapi, sebagai suatu peraturan, ke peningkatan peningkatan karakteristik ketangguhan patah.

Keuntungan dari material komposit

Perlu segera ditetapkan bahwa CM diciptakan untuk melakukan tugas-tugas ini, dan karenanya tidak dapat memuat semua kemungkinan keuntungan, namun ketika merancang komposit baru, insinyur bebas untuk memberikan karakteristik yang jauh lebih unggul daripada karakteristik bahan tradisional ketika memenuhi tujuan tertentu. dalam mekanisme tertentu, namun lebih rendah dari mereka dalam aspek lainnya. Artinya, CM tidak bisa lebih baik dari material tradisional dalam segala hal, artinya, untuk setiap produk, insinyur melakukan segalanya perhitungan yang diperlukan dan baru kemudian memilih bahan yang optimal untuk produksi.

• kekuatan spesifik yang tinggi
• kekakuan tinggi (modulus elastisitas 130…140 GPa)
• ketahanan aus yang tinggi
• kekuatan lelah yang tinggi
• Dimungkinkan untuk membuat struktur yang stabil secara dimensi dari CM

Lebih-lebih lagi, kelas yang berbeda komposit mungkin memiliki satu atau lebih keunggulan. Beberapa manfaat tidak dapat dicapai secara bersamaan.

Kekurangan material komposit

Sebagian besar kelas komposit (tetapi tidak semua) memiliki kelemahan:

• harga tinggi
• anisotropi sifat
• peningkatan intensitas pengetahuan produksi, kebutuhan akan peralatan dan bahan baku khusus yang mahal, dan oleh karena itu mengembangkan produksi industri dan basis ilmiah negara

Area penggunaan

Barang konsumsi

Teknik Mesin

Ciri

Teknologi ini digunakan untuk membentuk lapisan pelindung tambahan pada permukaan pasangan gesekan baja-karet. Penggunaan teknologi memungkinkan untuk meningkatkan siklus kerja seal dan poros peralatan industri yang beroperasi di lingkungan perairan.

Bahan komposit terdiri dari beberapa bahan yang berbeda fungsinya. Dasarnya bahan anorganik terdiri dari magnesium, besi, dan aluminium silikat yang dimodifikasi dengan berbagai aditif. Transisi fasa pada material ini terjadi pada beban lokal yang cukup tinggi, mendekati kekuatan ultimat logam. Dalam hal ini, lapisan logam-keramik berkekuatan tinggi terbentuk di permukaan di area dengan beban lokal tinggi, yang memungkinkan untuk mengubah struktur permukaan logam.

Spesifikasi

Tergantung pada komposisi material komposit, lapisan pelindung dapat dicirikan oleh sifat-sifat berikut:

• ketebalan hingga 100 mikron;
• kelas kebersihan permukaan poros (hingga 9);
• memiliki pori-pori dengan ukuran 1 - 3 mikron;
• koefisien gesekan hingga 0,01;
• daya rekat tinggi pada permukaan logam dan karet.

Keuntungan teknis dan ekonomi

• Lapisan logam-keramik berkekuatan tinggi terbentuk di permukaan di area dengan beban lokal yang tinggi
• Lapisan yang terbentuk pada permukaan polytetrafluoroethylene memiliki koefisien gesekan yang rendah dan ketahanan yang rendah terhadap keausan abrasif;
• Lapisan logam-organik lembut, memiliki koefisien gesekan yang rendah, permukaan berpori, dan ketebalan lapisan tambahan beberapa mikron.

Bidang penerapan teknologi

• aplikasi ke permukaan kerja segel untuk mengurangi gesekan dan membuat lapisan pemisah yang mencegah karet menempel pada poros selama waktu istirahat.
• mesin pembakaran internal berkecepatan tinggi untuk konstruksi mobil dan pesawat terbang.

Penerbangan dan astronotika

Senjata dan peralatan militer

Karena karakteristiknya (kekuatan dan ringan), material komposit digunakan dalam urusan militer untuk produksi berbagai jenis baju zirah:

• baju besi untuk peralatan militer

Lihat juga

• IBFM_(Bahan_konstruksi_dan_finishing_inovatif)

Tautan

Yayasan Wikimedia. 2010.

• Gabungan
• Bahan komposit

Lihat apa itu “Bahan komposit” di kamus lain:

Bahan penguat- (kerudung kaca, alas kaca, keliling kaca, fiberglass multiaksial, anyaman) – bahan komposit, tergantung pada tujuannya, diperoleh dengan menghamili bahan penguat dengan resin dan, sebagai hasil dari reaksi polimerisasi resin, diperoleh ... Ensiklopedia istilah, definisi dan penjelasan bahan bangunan

BAHAN PEMBANGUNAN KAPAL - bahan teknis, yang indikator propertinya memenuhi persyaratan norma dan aturan klasifikasi bahan untuk konstruksi kapal atau persyaratan norma dan standar (TU, OST, Gost) untuk bahan yang digunakan dalam proses teknologi... ... Buku referensi ensiklopedis kelautan

Koneksi fleksibel komposit- Gambar 1. Skema dinding tiga lapis: 1. Bagian dalam dinding; 2. Koneksi fleksibel; 3. Isolasi; 4. celah udara; 5. Pelapis dinding Komposit koneksi yang fleksibel digunakan... Wikipedia

IBFM (Bahan bangunan dan finishing yang inovatif)- IBFM (kependekan dari Innovation Buildind and Facing Materials, Innovative Building and Finishing Materials) adalah kategori baru produk konstruksi, yang menggabungkan bahan bangunan dan Bahan Dekorasi menurut prinsip... ... Wikipedia

plastik yang diperkuat serat karbon- Istilah plastik yang diperkuat serat karbon Istilah dalam bahasa Inggris plastik yang diperkuat serat karbon Sinonim Singkatan CFRP Istilah terkait bahan komposit, polimer, bahan nano karbon Definisi bahan komposit yang terdiri dari serat karbon dan... ... kamus ensiklopedis nanoteknologi

PLASTIK- (plastik, plastik). Kelas besar bahan organik polimer yang mudah dibentuk yang dapat digunakan untuk membuat produk yang ringan, kaku, tahan lama, dan tahan korosi. Zat-zat ini terutama terdiri dari karbon (C), hidrogen (H),... ... Ensiklopedia Collier

Pisau- Istilah ini memiliki arti lain, lihat Pisau (arti). Pisau (proto-Slavia *nožь dari *noziti untuk menusuk) alat pemotong, yang badan kerjanya berupa strip pisau bahan keras(biasanya logam) dengan pisau di ... Wikipedia

Karakteristik penerbangan helikopter Colibri EC120 B- Colibri EC120 B merupakan helikopter ringan serba guna yang mampu mengangkut hingga empat penumpang. Kompartemen kargo yang luas dapat menampung lima koper besar. Kecelakaan helikopter di dekat Murmansk Pengembang: Grup Perancis-Jerman-Spanyol... ... Ensiklopedia Pembuat Berita

Tabung nano karbon- Istilah ini memiliki arti lain, lihat Nanotube. Representasi skematis dari nanotube... Wikipedia

Airbus A380- T... Wikipedia

Buku

• Bahan bangunan. Paduan, Polimer, Keramik, Komposit, W. Bolton, Direktori ini menyajikan seluruh rangkaian bahan yang digunakan dalam teknik mesin dan teknik elektro: besi, aluminium, tembaga, magnesium, nikel, titanium, paduan berdasarkan bahan tersebut, polimer, keramik dan . .. Kategori: Teknik mesin. Peralatan. Pengerjaan logam Penerbit:

Bahan komposit

Bahan komposit (komposit, KM) - bahan kontinu heterogen yang dibuat secara artifisial, terdiri dari dua atau lebih komponen dengan antarmuka yang jelas di antara keduanya. Pada sebagian besar komposit (kecuali laminasi), komponen dapat dibagi menjadi matriks dan elemen penguat yang termasuk di dalamnya. Dalam komposit untuk keperluan struktural, elemen penguat biasanya memberikan karakteristik mekanis yang diperlukan dari material (kekuatan, kekakuan, dll.), dan matriks (atau pengikat) memastikan operasi gabungan elemen penguat dan perlindungannya dari kerusakan mekanis dan bahan kimia agresif. lingkungan.

Perilaku mekanis suatu komposisi ditentukan oleh hubungan antara sifat-sifat elemen penguat dan matriks, serta kekuatan ikatan di antara keduanya. Efisiensi dan kinerja material bergantung pada pemilihan komponen asli yang benar dan teknologi kombinasinya, yang dirancang untuk memastikan hubungan yang kuat antar komponen dengan tetap mempertahankan karakteristik aslinya.

Sebagai hasil penggabungan unsur-unsur penguat dan matriks, terbentuklah suatu kompleks sifat-sifat komposisi, yang tidak hanya mencerminkan sifat-sifat awal komponen-komponennya, tetapi juga mencakup sifat-sifat yang tidak dimiliki oleh komponen-komponen yang diisolasi. Secara khusus, keberadaan antarmuka antara elemen penguat dan matriks secara signifikan meningkatkan ketahanan retak material, dan dalam komposisi, tidak seperti logam homogen, peningkatan kekuatan statis tidak menyebabkan penurunan, tetapi, sebagai suatu peraturan, menyebabkan peningkatan karakteristik ketangguhan patah.

Untuk membuat komposisi, berbagai bahan pengisi dan matriks penguat digunakan. Ini adalah getinax dan textolite ( laminasi dari kertas atau kain yang direkatkan dengan lem termoset), kaca dan plastik grafit (kain atau serat luka yang terbuat dari kaca atau grafit, diresapi perekat epoksi), kayu lapis... Ada bahan di mana serat tipis dari paduan berkekuatan tinggi diisi dengan massa aluminium. Bulat adalah salah satu material komposit tertua. Di dalamnya, lapisan tipis (terkadang benang) dari baja karbon tinggi “direkatkan” dengan besi lunak rendah karbon.

Baru-baru ini, para ilmuwan material telah bereksperimen dengan tujuan menciptakan material yang lebih mudah untuk diproduksi, dan karenanya lebih murah. Struktur kristal yang tumbuh sendiri direkatkan menjadi satu massa dengan lem polimer (semen dengan penambahan perekat yang larut dalam air), komposisi termoplastik dengan serat penguat pendek, dll.

Klasifikasi komposit

Komposit biasanya diklasifikasikan menurut jenis pengisi penguatnya:

• berserat (komponen penguat - struktur berserat);
• berlapis;
• plastik isi (komponen penguat - partikel)
  • massal (homogen),
  • kerangka (struktur awal diisi dengan pengikat).

Keuntungan dari material komposit

Keuntungan utama CM adalah material dan struktur dibuat secara bersamaan. Pengecualiannya adalah prepreg, yang merupakan produk setengah jadi untuk pembuatan struktur. Perlu segera ditetapkan bahwa CM diciptakan untuk melakukan tugas-tugas ini, dan karenanya tidak dapat memuat semua kemungkinan keuntungan, namun ketika merancang komposit baru, insinyur bebas untuk memberikan karakteristik yang secara signifikan lebih unggul daripada karakteristik bahan tradisional saat memenuhi a tujuan tertentu dalam mekanisme tertentu, namun lebih rendah daripada mereka dalam aspek lainnya. Ini berarti bahwa CM tidak bisa lebih baik dari material tradisional dalam segala hal, yaitu, untuk setiap produk, insinyur melakukan semua perhitungan yang diperlukan dan baru kemudian memilih material yang optimal untuk produksi.

• kekuatan spesifik tinggi (kekuatan 3500 MPa)
• kekakuan tinggi (modulus elastisitas 130…140 - 240 GPa)
• ketahanan aus yang tinggi
• kekuatan lelah yang tinggi
• Dimungkinkan untuk membuat struktur yang stabil secara dimensi dari CM
• kemudahan

Selain itu, kelas komposit yang berbeda mungkin memiliki satu atau lebih keunggulan. Beberapa manfaat tidak dapat dicapai secara bersamaan.

Kekurangan material komposit

Material komposit memiliki sejumlah kelemahan yang cukup besar sehingga menghambat penyebarannya.

Harga tinggi

Tingginya biaya CM disebabkan oleh tingginya intensitas pengetahuan produksi, kebutuhan untuk menggunakan peralatan dan bahan baku khusus yang mahal, dan oleh karena itu produksi industri dan basis ilmiah negara yang maju.

Anisotropi properti

Kekuatan dampak rendah

Volume spesifik tinggi

Higroskopisitas

CM juga dapat menyerap cairan lain dengan daya tembus tinggi, misalnya minyak tanah penerbangan.

Toksisitas

Selama pengoperasian, CM dapat mengeluarkan asap yang seringkali beracun. Jika CM digunakan untuk membuat produk yang akan berlokasi dekat dengan manusia (badan pesawat komposit Boeing 787 Dreamliner dapat menjadi contohnya), maka penelitian tambahan mengenai efek komponen CM pada manusia diperlukan untuk menyetujui bahan tersebut. digunakan dalam pembuatan CM.

Efisiensi operasional yang rendah

Material komposit memiliki kemampuan manufaktur yang rendah, perawatan yang rendah, dan biaya pengoperasian yang tinggi. Hal ini disebabkan perlunya penggunaan metode padat karya khusus dan alat khusus untuk modifikasi dan perbaikan benda berbahan CM. Seringkali, benda yang terbuat dari CM tidak mengalami modifikasi atau perbaikan sama sekali.

Area penggunaan

Barang konsumsi

Ciri

Teknologi ini digunakan untuk membentuk lapisan pelindung tambahan pada permukaan pasangan gesekan baja-karet. Penggunaan teknologi memungkinkan untuk meningkatkan siklus kerja seal dan poros peralatan industri yang beroperasi di lingkungan perairan.

Bahan komposit terdiri dari beberapa bahan yang berbeda secara fungsional. Bahan anorganik didasarkan pada magnesium, besi, dan aluminium silikat yang dimodifikasi dengan berbagai aditif. Transisi fasa pada material ini terjadi pada beban lokal yang cukup tinggi, mendekati kekuatan ultimat logam. Dalam hal ini, lapisan logam-keramik berkekuatan tinggi terbentuk di permukaan di area dengan beban lokal tinggi, yang memungkinkan untuk mengubah struktur permukaan logam.

• baju besi untuk peralatan militer

literatur

• Vasiliev V.V. Mekanika struktur yang terbuat dari bahan komposit. - M.: Teknik Mesin, 1988. - 272 hal.
• Karpinos D. M. Bahan komposit. Direktori. - Kyiv, Naukova Duma

Lihat juga

Catatan

Tautan

Yayasan Wikimedia. 2010.

Lihat apa itu “Bahan komposit” di kamus lain:

BAHAN KOMPOSIT Suatu komposisi yang dibuat dengan menggabungkan dua atau lebih bahan lain, seperti beton, fiberglass, atau kayu lapis. Biasanya, bahan komposit mempunyai sifat yang lebih unggul daripada bahan pembuatnya... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis

bahan komposit- komposit Suatu material dengan struktur heterogen, terdiri dari beberapa material (komponen) yang homogen. [PB 03 576 03] Informasi tambahan di Internet: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2085.html Topik: polimer dan bahan lainnya Sinonim... ... Panduan Penerjemah Teknis

bahan komposit- 3.3 material komposit: Suatu material yang mengandung bubuk karet aktif sebagai bahan dasar, serta bahan tambahan yang ditargetkan dan fungsional, yang dimaksudkan untuk memodifikasi campuran beton aspal. Sumber … Buku referensi kamus istilah dokumentasi normatif dan teknis

Perkenalan. 2

1. Informasi Umum tentang material komposit.. 3

2. Komposisi dan struktur komposit.. 5

3. Evaluasi matriks dan penguat dalam pembentukan sifat-sifat komposit.. 10

3.1. Bahan komposit dengan matriks logam 10

3.2. Bahan komposit dengan matriks non-logam 10

4. Bahan bangunan– komposit.. 12

4.1. Polimer dalam konstruksi. 12

4.2. Komposit dan beton... 16

4.3. Panel komposit aluminium.. 19

Kesimpulan. 23

Daftar literatur bekas... 24

Perkenalan

Pada awal abad ke-21, banyak orang bertanya-tanya tentang bahan bangunan masa depan. Pesatnya perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi membuat peramalan menjadi sulit: empat dekade lalu hal ini tidak terjadi aplikasi yang luas bahan bangunan polimer, dan komposit “asli” modern hanya diketahui oleh kalangan spesialis yang sempit. Namun dapat diasumsikan bahwa bahan bangunan utama juga berupa logam, beton dan beton bertulang, keramik, kaca, kayu, dan polimer. Bahan konstruksi akan dibuat dengan bahan baku yang sama, tetapi menggunakan formulasi komponen baru dan metode teknologi, yang akan memberikan hasil yang lebih tinggi kualitas kinerja dan, karenanya, daya tahan dan keandalan. Pemanfaatan limbah berbagai industri, produk bekas, limbah lokal dan rumah tangga akan maksimal. Bahan konstruksi akan dipilih berdasarkan kriteria lingkungan, dan produksinya akan didasarkan pada teknologi bebas limbah.

Saat ini sudah banyak sekali nama merek untuk finishing, insulasi dan bahan lainnya, yang pada prinsipnya hanya berbeda dalam komposisi dan teknologi. Aliran material baru ini akan meningkat, dan sifat kinerjanya akan meningkat, dengan mempertimbangkan kekerasan kondisi iklim dan menghemat sumber daya energi Rusia.

1. Informasi umum tentang material komposit

Material komposit adalah material padat heterogen yang terdiri dari dua atau lebih komponen, di antaranya kita dapat membedakan elemen penguat yang memberikan karakteristik mekanis material yang diperlukan, dan matriks (atau pengikat) yang memastikan operasi gabungan elemen penguat.

Perilaku mekanik suatu komposit ditentukan oleh hubungan antara sifat-sifat elemen penguat dan matriks, serta kekuatan ikatan antar keduanya. Efisiensi dan kinerja material bergantung pada pemilihan komponen asli yang benar dan teknologi kombinasinya, yang dirancang untuk memastikan hubungan yang kuat antar komponen dengan tetap mempertahankan karakteristik aslinya.

Akibat penggabungan unsur penguat dan matriks, terbentuklah sifat-sifat kompleks komposit yang tidak hanya mencerminkan sifat-sifat awal komponen-komponennya, tetapi juga mencakup sifat-sifat yang tidak dimiliki oleh komponen-komponen yang diisolasi. Secara khusus, adanya antarmuka antara elemen penguat dan matriks secara signifikan meningkatkan ketahanan retak material, dan pada komposit, tidak seperti logam, peningkatan kekuatan statis tidak menyebabkan penurunan, tetapi, sebagai suatu peraturan, ke peningkatan peningkatan karakteristik ketangguhan patah.

kekuatan spesifik yang tinggi

kekakuan tinggi (modulus elastisitas 130…140 GPa)

ketahanan aus yang tinggi

kekuatan lelah yang tinggi

Dimungkinkan untuk membuat struktur yang stabil secara dimensi dari CM

Selain itu, kelas komposit yang berbeda mungkin memiliki satu atau lebih keunggulan. Beberapa manfaat tidak dapat dicapai secara bersamaan.

Kekurangan material komposit

Sebagian besar kelas komposit (tetapi tidak semua) memiliki kelemahan:

harga tinggi

anisotropi sifat

peningkatan intensitas pengetahuan produksi, kebutuhan akan peralatan dan bahan baku khusus yang mahal, dan oleh karena itu mengembangkan produksi industri dan basis ilmiah negara

2. Komposisi dan struktur komposit

Komposit adalah bahan multikomponen yang terdiri dari polimer, logam, karbon, keramik atau bahan dasar (matriks) lainnya, diperkuat dengan bahan pengisi yang terbuat dari serat, kumis, partikel halus, dll. Dengan memilih komposisi dan sifat bahan pengisi dan matriks (pengikat), rasionya , orientasi pengisi, dimungkinkan untuk memperoleh bahan dengan kombinasi sifat operasional dan teknologi yang diperlukan. Penggunaan beberapa matriks (bahan komposit polimatriks) atau bahan pengisi yang sifatnya berbeda (bahan komposit hibrida) dalam satu bahan secara signifikan memperluas kemungkinan pengaturan sifat-sifat bahan komposit. Pengisi penguat menyerap sebagian besar beban material komposit.

Berdasarkan struktur bahan pengisinya, material komposit dibedakan menjadi bahan berserat (diperkuat dengan serat dan kumis), berlapis (diperkuat dengan film, pelat, bahan pengisi berlapis), diperkuat terdispersi, atau diperkuat dispersi (dengan bahan pengisi berupa partikel halus. ). Matriks dalam material komposit memastikan soliditas material, transmisi dan distribusi tekanan pada pengisi, menentukan panas, kelembaban, api dan bahan kimia. daya tahan.

Berdasarkan sifat bahan matriksnya, polimer, logam, karbon, keramik dan komposit lainnya dibedakan.

Material komposit yang diperkuat dengan serat kontinu berkekuatan tinggi dan modulus tinggi paling banyak digunakan dalam konstruksi dan teknologi. Ini termasuk: bahan komposit polimer berdasarkan termoset (epoksi, poliester, fenol-formal, poliamida, dll.) dan pengikat termoplastik, diperkuat dengan kaca (fiberglass), karbon (serat karbon), org. (organoplastik), boron (boroplastik) dan serat lainnya; metalik bahan komposit berdasarkan paduan Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Cr, diperkuat dengan serat boron, karbon atau silikon karbida, serta kawat baja, molibdenum atau tungsten;

Bahan komposit berbahan dasar karbon yang diperkuat dengan serat karbon (bahan karbon-karbon); bahan komposit berbahan dasar keramik yang diperkuat dengan karbon, silikon karbida dan serat tahan panas lainnya serta SiC. Saat menggunakan serat karbon, kaca, aramid dan boron yang terkandung dalam bahan dalam jumlah 50-70%, komposisi dibuat (lihat tabel) dengan kejutan. kekuatan dan modulus elastisitas 2-5 kali lebih besar dari konvensional bahan bangunan dan paduan. Selain itu, material komposit berserat lebih unggul daripada logam dan paduan dalam hal kekuatan lelah, ketahanan panas, ketahanan getaran, penyerapan kebisingan, kekuatan benturan dan sifat lainnya. Dengan demikian, penguatan paduan Al dengan serat boron secara signifikan meningkatkan karakteristik mekaniknya dan memungkinkan peningkatan suhu pengoperasian paduan dari 250-300 menjadi 450-500 °C. Penguatan dengan kawat (dari W dan Mo) dan serat senyawa tahan api digunakan untuk membuat material komposit tahan panas berdasarkan Ni, Cr, Co, Ti dan paduannya. Dengan demikian, paduan Ni tahan panas yang diperkuat dengan serat dapat beroperasi pada suhu 1300-1350 °C. Dalam pembuatan material komposit serat logam, penerapan matriks logam pada pengisi dilakukan terutama dari lelehan bahan matriks, melalui deposisi elektrokimia atau sputtering. Pencetakan produk dilakukan oleh Ch. arr. dengan menghamili rangka yang terbuat dari serat penguat dengan logam cair di bawah tekanan hingga 10 MPa atau dengan menggabungkan foil (bahan matriks) dengan serat penguat menggunakan penggulungan, pengepresan, ekstrusi dengan pemanasan. dengan suhu leleh bahan matriks.

Salah satu metode teknologi umum untuk pembuatan bahan polimer dan logam. bahan komposit berserat dan berlapis - menumbuhkan kristal pengisi dalam matriks secara langsung selama proses pembuatan suku cadang. Metode ini digunakan, misalnya saat membuat eutektik. paduan tahan panas berdasarkan Ni dan Co. Paduan lelehan dengan karbida dan intermetalik. senyawa yang membentuk kristal berserat atau seperti pelat ketika didinginkan dalam kondisi terkendali, menyebabkan penguatan paduan dan memungkinkan peningkatan suhu operasinya sebesar 60-80 oC. bahan komposit berbasis karbon menggabungkan kepadatan rendah dengan konduktivitas termal yang tinggi, kimia. daya tahan, keteguhan dimensi dengan perubahan suhu yang tiba-tiba, serta dengan peningkatan kekuatan dan modulus elastisitas ketika dipanaskan hingga 2000 ° C dalam lingkungan inert. Untuk metode produksi material komposit karbon-karbon, lihat Plastik karbon. Bahan komposit berkekuatan tinggi berdasarkan keramik diperoleh dengan penguatan dengan bahan pengisi berserat, serta bahan logam. dan keramik partikel terdispersi. Penguatan dengan serat SiC kontinyu memungkinkan diperolehnya material komposit yang berkarakteristik lebih tinggi ketangguhan, kekuatan lentur dan daya tahan tinggi untuk oksidasi di payudara tinggi. Namun, memperkuat keramik dengan serat tidak selalu menyebabkan hal tersebut. peningkatan sifat kekuatannya karena kurangnya keadaan elastis material pada nilai modulus elastisitasnya yang tinggi. Penguatan dengan logam terdispersi partikel memungkinkan Anda membuat keramik-logam. bahan (cermet) dengan lebih tinggi kekuatan, konduktivitas termal, ketahanan terhadap guncangan termal. Dalam pembuatan keramik Bahan komposit biasanya digunakan dengan cara pengepresan panas, pengepresan dengan yang terakhir. sintering, slip casting (lihat juga Keramik). Penguatan material dengan bahan logam terdispersi. partikel menyebabkan peningkatan kekuatan yang tajam karena terciptanya hambatan pergerakan dislokasi. Penguatan seperti itu bab. arr. digunakan dalam pembuatan paduan kromium-nikel tahan panas. Bahan-bahan tersebut diperoleh dengan memasukkan partikel-partikel halus ke dalam logam cair dengan yang terakhir. pengolahan konvensional ingot menjadi produk. Pengenalan, misalnya, ThO2 atau ZrO2 ke dalam paduan memungkinkan untuk memperoleh paduan tahan panas yang diperkuat dispersi yang beroperasi untuk waktu yang lama di bawah beban pada 1100-1200 °C (batas kinerja paduan tahan panas konvensional di bawah kondisi yang sama adalah 1000-1050 °C). Arah yang menjanjikan untuk menciptakan material komposit berkekuatan tinggi adalah penguatan material dengan kumis (whisker), yang karena diameternya yang kecil, praktis bebas dari cacat yang terdapat pada kristal yang lebih besar dan memiliki kekuatan yang tinggi. maks. praktis Yang menarik adalah kristal Al2O3, BeO, SiC, B4C, Si3N4, AlN dan grafit dengan diameter 1-30 mikron dan panjang 0,3-15 mm. Pengisi tersebut digunakan dalam bentuk benang berorientasi atau bahan berlapis isotropik seperti kertas, karton, dan kain kempa. material komposit berbahan dasar matriks epoksi dan kumis ThO2 (30% berat) memiliki kekuatan  sebesar 0,6 GPa dan modulus elastisitas 70 GPa. Pengenalan kristal kumis ke dalam suatu komposisi dapat memberikan kombinasi sifat listrik yang tidak biasa. dan mag. St. Pilihan dan tujuan material komposit sangat ditentukan oleh kondisi pembebanan dan pengoperasian bagian atau struktur, teknologi. kemungkinan. maks. material komposit polimer tersedia dan dikuasai.Berbagai macam matriks dalam bentuk termoset dan termoplastik. polimer menyediakan pilihan luas bahan komposit untuk pekerjaan dalam kisaran dari negatif. suhu hingga 100-200°C - untuk organoplastik, hingga 300-400°C - untuk plastik kaca, karbon, dan boron. Bahan komposit polimer dengan matriks poliester dan epoksi beroperasi hingga 120-200 °C, dengan fenol-formaldehida - hingga 200-300 °C, polimida dan silikon. - hingga 250-400°C. Metalik bahan komposit berdasarkan Al, Mg dan paduannya, diperkuat dengan serat dari B, C, SiC, digunakan hingga suhu 400-500 ° C; material komposit berdasarkan paduan Ni dan Co beroperasi pada suhu hingga 1100-1200 °C, berdasarkan logam dan senyawa tahan api. - hingga 1500-1700°C, berbahan dasar karbon dan keramik - hingga 1700-2000°C. Penggunaan komposit sebagai peralatan struktural, pelindung panas, anti gesekan, radio dan listrik. dan material lainnya memungkinkan pengurangan berat suatu struktur, meningkatkan sumber daya dan kekuatan mesin dan unit, serta menciptakan unit, suku cadang, dan struktur baru yang fundamental. Semua jenis material komposit digunakan dalam industri kimia, tekstil, pertambangan, dan metalurgi. industri, teknik mesin, transportasi, untuk pembuatan peralatan olahraga, dll.

Memperkenalkan pembaca pada komposit berbahan dasar logam dan material komposit keramik. Hal ini juga menjelaskan aplikasi utama komposit.

• Organoplastik dengan serat organik yang berasal dari alam dan buatan. Lebih ringan dari kaca dan serat karbon. Mereka mempunyai kekuatan impak yang tinggi, tetapi kekuatan tarik/lenturnya rendah. Plastik jenis ini misalnya Kevlar.
• Textolite terbuat dari matriks polimer dan kain dengan berbagai sifat sebagai pengisi. Beberapa textolite dibuat dengan matriks zat anorganik(silikat, fosfat). Sifat bahan sangat beragam dan bergantung pada jenis serat kain. Serat terbuat dari kapas, asbes, basal, kaca, bahan buatan, dll.
• Polimer berisi bubuk (polietilen, polipropilen, resin dengan berbagai bahan pengisi, misalnya bedak, pati, jelaga, kalsium karbonat, dll.) - lebih dari 10 ribu jenis plastik jenis ini telah dikembangkan. Harap dicatat bahwa Anda dapat membeli berbagai bahan pengisi dan bahan baku lain yang diperlukan untuk pembuatan komposit dari kami.

Komposit berbahan dasar logam

Komposit logam dibuat berdasarkan banyak logam non-ferrous, misalnya tembaga, aluminium, nikel. Untuk isian, serat yang tahan terhadap suhu tinggi, tidak larut dalam basa. Paling sering, serat logam atau kristal tunggal dari oksida, nitrida, keramik, karbida, dan borida digunakan. Hal ini menghasilkan komposit yang jauh lebih tahan api, tahan lama, dan tahan aus dibandingkan logam murni aslinya.

Komposit keramik

Komposit keramik dibuat dengan cara sintering massa keramik asli di bawah tekanan dengan penambahan serat atau partikel. Serat logam paling sering digunakan sebagai pengisi - sermet diperoleh. Mereka tahan terhadap guncangan termal dan memiliki konduktivitas termal yang tinggi.

Cermet digunakan untuk memproduksi suku cadang yang tahan aus dan tahan panas, misalnya turbin gas dan tungku listrik. Mereka juga dibutuhkan untuk pembuatan alat pemotong, bagian dari sistem rem, dan batang bahan bakar untuk reaktor nuklir.

Penerapan komposit

Material komposit sudah digunakan di hampir semua bidang produksi. Mereka digunakan:

• dalam konstruksi;
• produksi kaca pengaman dan lapis baja untuk kendaraan, jendela dan pintu toko;
• prostesis medis;
• pelapis untuk meja dapur dan alas untuk papan elektronik;
• bagian dan rumah peralatan rumah tangga;
• bingkai jendela dan banyak lagi.

Ini menarik: komposit dengan sifat ekstrim diminati dalam pembuatan pesawat terbang, mobil, kapal dan roket. Mereka dibutuhkan dalam produksi suku cadang untuk pesawat ruang angkasa, pembangkit listrik tenaga nuklir, dan peralatan olahraga (misalnya, sepeda yang ringan dan tahan lama). Mereka digunakan untuk pembuatan elemen perangkat dan peralatan yang beroperasi di lingkungan agresif dan pada suhu tinggi.

Dalam sejarah perkembangan teknologi, ada dua arah penting yang dapat dibedakan:

• pengembangan alat, struktur, mekanisme dan mesin,
• pengembangan bahan.

Sulit untuk mengatakan mana yang lebih penting, karena... mereka saling terkait erat, tetapi tanpa pengembangan material, kemajuan teknis pada prinsipnya tidak mungkin terjadi. Bukan suatu kebetulan jika para sejarawan membagi era peradaban awal menjadi Zaman Batu, Zaman Perunggu, dan Zaman Besi.

Abad 21 saat ini sudah dapat dikaitkan dengan abad material komposit (composites).

Konsep material komposit terbentuk pada pertengahan abad ke-20 yang lalu. Namun, komposit bukanlah fenomena baru sama sekali, melainkan hanya sebuah istilah baru yang dirumuskan oleh para ilmuwan material untuk lebih memahami asal usul material struktur modern.

Material komposit telah dikenal selama berabad-abad. Misalnya, di Babilonia mereka menggunakan alang-alang untuk memperkuat tanah liat saat membangun rumah, dan orang Mesir kuno menambahkan potongan jerami ke batu bata tanah liat. DI DALAM Yunani kuno Tiang marmer diperkuat dengan batang besi selama pembangunan istana dan kuil. Pada tahun 1555-1560, selama pembangunan Katedral St. Basil di Moskow, arsitek Rusia Barma dan Postnik menggunakan lempengan batu yang diperkuat dengan strip besi. Pendahulu langsung material komposit modern adalah beton bertulang dan baja damask.

Ada analog alami dari bahan komposit - kayu, tulang, cangkang, dll. Banyak jenis mineral alami yang sebenarnya merupakan komposit. Mereka tidak hanya tahan lama, tetapi juga memiliki sifat dekoratif yang sangat baik.

Bahan komposit- bahan multikomponen yang terdiri dari dasar plastik - matriks, dan pengisi yang berperan sebagai penguat dan beberapa peran lainnya. Terdapat batas fasa antar fasa (komponen) komposit.

Kombinasi zat-zat yang berbeda mengarah pada terciptanya bahan baru, yang sifat-sifatnya berbeda secara signifikan dari sifat masing-masing komponennya. Itu. Ciri suatu bahan komposit adalah adanya pengaruh timbal balik yang nyata dari unsur-unsur penyusun komposit tersebut, yaitu kualitas baru mereka, efek.

Dengan memvariasikan komposisi matriks dan pengisi, rasionya, menggunakan reagen tambahan khusus, dll., diperoleh berbagai macam bahan dengan serangkaian sifat yang diperlukan.

Sangat penting susunan unsur-unsur bahan komposit, baik dalam arah beban kerja maupun dalam hubungannya satu sama lain, yaitu. ketertiban. Komposit berkekuatan tinggi, pada umumnya, memiliki struktur yang sangat teratur.

Sebuah contoh sederhana. Segenggam serbuk gergaji dibuang ke dalam ember mortar semen tidak akan mempengaruhi propertinya dengan cara apa pun. Jika setengah dari larutan diganti dengan serbuk gergaji, kepadatan material, konstanta termofisika, biaya produksi, dan indikator lainnya akan berubah secara signifikan. Namun segenggam serat polipropilen akan membuat beton tahan benturan dan tahan aus, dan setengah ember serat akan memberikan elastisitas, yang sama sekali bukan karakteristik bahan mineral.

Saat ini dalam bidang material komposit (komposit) sudah lazim untuk memasukkan berbagai macam bahan buatan, dikembangkan dan diimplementasikan di berbagai cabang teknologi dan industri, pertemuan prinsip-prinsip umum pembuatan material komposit

Mengapa minat terhadap material komposit muncul saat ini? Karena material tradisional tidak lagi selalu atau tidak sepenuhnya memenuhi kebutuhan praktik teknik modern.

Matriks pada material komposit adalah logam, polimer, semen dan keramik. Berbagai macam bahan buatan dan alami digunakan sebagai pengisi. berbagai bentuk(berukuran besar, lembaran, berserat, terdispersi, terdispersi halus, mikrodispersi, nanopartikel).

Material komposit multikomponen juga dikenal, antara lain:

• polimatriks, ketika beberapa matriks digabungkan dalam satu bahan komposit,
• hybrid, termasuk beberapa pengisi berbeda, yang masing-masing memiliki perannya sendiri.

Pengisi, sebagai suatu peraturan, menentukan kekuatan, kekakuan dan deformabilitas komposit, dan matriks memastikan soliditas, perpindahan tegangan dan ketahanan terhadap berbagai pengaruh eksternal.

Tempat khusus ditempati oleh bahan komposit dekoratif yang memiliki sifat dekoratif yang menonjol.

Material komposit dengan sifat khusus sedang dikembangkan, misalnya material radiotransparan dan material penyerap radio, material untuk proteksi termal pesawat ruang angkasa orbital, material dengan koefisien muai panas linier yang rendah dan modulus elastisitas spesifik yang tinggi, dan lain-lain.

Bahan komposit digunakan di semua bidang ilmu pengetahuan, teknologi, industri, termasuk. di bidang perumahan, konstruksi industri dan khusus, teknik mesin umum dan khusus, metalurgi, industri kimia, energi, elektronik, peralatan Rumah Tangga, produksi pakaian dan alas kaki, obat-obatan, olahraga, seni, dll.

Struktur material komposit.

Berdasarkan struktur mekaniknya, komposit dibagi menjadi beberapa kelas utama: berserat, berlapis, diperkuat dispersi, diperkuat partikel, dan nanokomposit.

Komposit serat diperkuat dengan serat atau kumis. Bahkan kandungan pengisi yang kecil dalam komposit jenis ini menyebabkan peningkatan yang signifikan pada sifat mekanik material. Sifat bahan juga dapat divariasikan secara luas dengan mengubah orientasi ukuran dan konsentrasi serat.

Pada material komposit laminasi, matriks dan pengisi disusun berlapis-lapis, seperti pada tripleks, kayu lapis, struktur kayu laminasi, dan plastik laminasi.

Struktur mikro kelas bahan komposit lainnya dicirikan oleh fakta bahwa matriksnya diisi dengan partikel zat penguat, dan ukuran partikelnya berbeda. Pada komposit yang diperkuat partikel, ukurannya lebih besar dari 1 mikron, dan kandungannya 20-25% (berdasarkan volume), sedangkan komposit yang diperkuat dengan dispersi mencakup 1 hingga 15% (berdasarkan volume) partikel dengan ukuran mulai dari 0,01 hingga 0,1 mikron. Ukuran partikel yang termasuk dalam nanokomposit bahkan lebih kecil lagi yaitu 10-100 nm.

Beberapa komposit umum

Konkret- bahan komposit yang paling umum. Saat ini, berbagai macam beton diproduksi, berbeda dalam komposisi dan sifat. Beton modern diproduksi baik pada matriks semen tradisional maupun pada matriks polimer (epoksi, poliester, fenol-formaldehida, akrilik, dll.). Beton modern berperforma tinggi memiliki kekuatan yang mendekati logam. Beton dekoratif menjadi populer.

Organoplasti- komposit yang bahan pengisinya adalah organik, sintetis, dan, yang lebih jarang, serat alami dan buatan dalam bentuk penarik, benang, kain, kertas, dll. Dalam organoplastik termoset, matriksnya biasanya berupa resin epoksi, poliester dan fenolik, serta polimida. Organoplastik memiliki kepadatan yang rendah, lebih ringan dari kaca dan plastik karbon, serta memiliki kekuatan tarik yang relatif tinggi; ketahanan yang tinggi terhadap benturan dan beban dinamis, tetapi pada saat yang sama, kekuatan tekan dan tekuk yang rendah. Organoplastik yang paling umum termasuk material komposit kayu. Dalam hal volume produksi, organoplastik melebihi baja, aluminium dan plastik.

Dalam literatur asing, istilah-istilah baru baru-baru ini menjadi populer - biopolimer, bioplastik dan, karenanya, biokomposit.

Bahan komposit kayu. Komposit kayu yang paling umum termasuk arbolit, xilolit, papan partikel semen, dan laminasi struktur kayu, kayu lapis dan bagian yang direkatkan, kayu plastik, papan partikel dan papan serat serta balok, pengepres kayu dan bubuk pengepres, komposit kayu-polimer termoplastik.

fiberglass- bahan komposit polimer yang diperkuat dengan serat kaca, yang dibentuk dari kaca anorganik cair. Resin sintetis termoset (fenolik, epoksi, poliester, dll.) dan polimer termoplastik (poliamida, polietilen, polistiren, dll.) paling sering digunakan sebagai matriks. Plastik fiberglass memiliki kekuatan tinggi, konduktivitas termal rendah, sifat isolasi listrik tinggi, dan selain itu, transparan terhadap gelombang radio. Bahan berlapis yang menggunakan kain tenun dari serat kaca sebagai pengisi disebut fiberglass.

Plastik yang diperkuat serat karbon- serat karbon berfungsi sebagai pengisi pada komposit polimer ini. Serat karbon diperoleh dari serat sintetis dan alami berdasarkan selulosa, kopolimer akrilonitril, minyak bumi dan tar batubara, dll. Matriks dalam plastik karbon dapat berupa polimer termoset atau termoplastik. Keuntungan utama plastik yang diperkuat serat karbon dibandingkan dengan plastik fiberglass adalah kepadatannya yang rendah dan modulus elastisitas yang lebih tinggi; plastik yang diperkuat serat karbon sangat ringan dan, pada saat yang sama, merupakan bahan yang tahan lama.

Berdasarkan serat karbon dan matriks karbon, material komposit karbon-grafit dibuat - material komposit paling tahan panas (plastik serat karbon), mampu menahan suhu hingga 3000 ° C untuk waktu yang lama di lingkungan inert atau reduksi.

Boroplasti- bahan komposit yang mengandung serat boron sebagai pengisi, tertanam dalam matriks polimer termoset, dan serat tersebut dapat berbentuk monofilamen atau dalam bentuk bundel yang dijalin dengan benang kaca tambahan atau pita di mana benang boron dijalin dengan bahan lain. benang. Penggunaan plastik boron dibatasi oleh tingginya biaya produksi serat boron, sehingga digunakan terutama dalam teknologi penerbangan dan luar angkasa di bagian yang terkena beban jangka panjang di lingkungan yang agresif.

Serbuk press (campuran press). Lebih dari 10.000 merek polimer isi telah dikenal. Pengisi digunakan untuk mengurangi biaya bahan dan memberikan sifat khusus. Polimer terisi pertama kali diproduksi oleh Dr. Baekeland (Leo H. Baekeland, USA), yang menemukannya pada awal abad ke-20. metode sintesis resin fenolformdehida (bakelite). Resin ini sendiri merupakan zat rapuh dengan kekuatan rendah. Baekeland menemukan bahwa menambahkan serat, khususnya tepung kayu, ke dalam resin sebelum mengeras akan meningkatkan kekuatannya. Bahan yang ia ciptakan - Bakelite - mendapatkan popularitas besar. Teknologi pembuatannya sederhana: campuran polimer yang diawetkan sebagian dan pengisi - bubuk tekan - di bawah tekanan, mengeras secara permanen dalam cetakan. Produk produksi massal pertama yang diproduksi menggunakan teknologi ini pada tahun 1916 adalah kenop perpindahan gigi mobil Rolls-Royce. Polimer termoset terisi banyak digunakan di berbagai bidang teknik. Berbagai bahan pengisi digunakan untuk mengisi polimer termoset dan termoplastik - tepung kayu, kaolin, kapur, bedak, mika, karbon hitam, fiberglass, serat basal, dll.

Textolit- plastik laminasi yang diperkuat dengan kain yang terbuat dari berbagai serat. Teknologi produksi textolite dikembangkan pada tahun 1920-an. berdasarkan resin fenol-formaldehida. Lembaran kain diresapi dengan resin, kemudian ditekan pada suhu tinggi untuk menghasilkan pelat textolite atau produk berbentuk. Pengikat dalam textolite adalah berbagai macam polimer termoset dan termoplastik, dan terkadang pengikat anorganik berdasarkan silikat dan fosfat. Kain yang terbuat dari berbagai macam serat digunakan sebagai pengisi - kapas, sintetis, kaca, karbon, asbes, basal, dll. Oleh karena itu, sifat dan kegunaan textolite bervariasi.

Bahan komposit dengan matriks logam. Saat membuat komposit berbasis logam, aluminium, magnesium, nikel, tembaga, dll digunakan sebagai matriks. Pengisinya adalah serat berkekuatan tinggi, partikel tahan api dari berbagai dispersi, kristal tunggal aluminium oksida seperti benang, berilium oksida, boron dan silikon karbida, aluminium dan silikon nitrida, dll. Panjang 0,3-15 mm dan diameter 1-30 mikron.

Keuntungan utama material komposit matriks logam dibandingkan dengan logam konvensional (tanpa perkuatan) adalah: peningkatan kekuatan, peningkatan kekakuan, peningkatan ketahanan aus, peningkatan ketahanan mulur.

Bahan komposit berbahan dasar keramik. Penguatan bahan keramik dengan serat, serta partikel logam dan keramik yang terdispersi, memungkinkan diperolehnya komposit berkekuatan tinggi; namun, jenis serat yang cocok untuk memperkuat keramik dibatasi oleh sifatnya. bahan sumber. Serat logam sering digunakan. Ketahanan tarik sedikit meningkat, tetapi ketahanan terhadap guncangan termal meningkat - material retak lebih sedikit saat dipanaskan, namun ada kalanya kekuatan material menurun. Hal ini tergantung pada rasio koefisien muai panas matriks dan pengisi.

Penguatan keramik dengan partikel logam terdispersi menghasilkan material baru (cermet) dengan peningkatan daya tahan, ketahanan terhadap guncangan termal, dan peningkatan konduktivitas termal. Cermet bersuhu tinggi digunakan untuk membuat suku cadang turbin gas, perlengkapan tungku listrik, dan suku cadang untuk teknologi roket dan jet. Cermet keras dan tahan aus digunakan untuk pembuatan alat pemotong dan suku cadang. Selain itu, sermet digunakan dalam bidang teknologi khusus - ini adalah elemen bahan bakar reaktor nuklir berdasarkan uranium oksida, bahan gesekan untuk perangkat rem, dll.