Materiale compozite

Material compozit (compozit, KM) este un material solid neomogen format din două sau mai multe componente, dintre care se pot distinge elemente de armare care asigură caracteristicile mecanice necesare materialului, și o matrice (sau liant) care asigură munca în comun elemente de armare.

Comportarea mecanică a compozitului este determinată de raportul dintre proprietățile elementelor de armare și ale matricei, precum și de rezistența legăturii dintre ele. De eficiența și performanța materialului depind alegerea potrivita componente originale și tehnologia combinației lor, concepute pentru a oferi o conexiune puternică între componente, păstrând în același timp caracteristicile originale.

Ca urmare a combinării elementelor de armare și a matricei, se formează un complex de proprietăți compozite, care nu numai că reflectă caracteristicile inițiale ale componentelor sale, dar include și proprietăți pe care componentele izolate nu le posedă. În special, prezența interfețelor între elementele de armare și matrice crește semnificativ rezistența la fisurare a materialului, iar în compozite, spre deosebire de metale, o creștere a rezistenței statice nu duce la o scădere, ci, de regulă, la o creșterea caracteristicilor de duritate la rupere.

Avantajele materialelor compozite

Trebuie remarcat imediat că CM-urile sunt create pentru îndeplinirea acestor sarcini, prin urmare, nu pot conține toate avantajele posibile, dar atunci când proiectează un nou compozit, inginerul este liber să stabilească caracteristici care sunt semnificativ superioare celor ale materialelor tradiționale atunci când îndeplinind acest scop în acest mecanism, dar inferior acestora în orice alte aspecte. Aceasta înseamnă că CM nu poate fi mai bun decât materialul tradițional în orice, adică pentru fiecare produs, inginerul conduce totul calculele necesareși abia apoi alege optimul dintre materialele de producție.

• rezistență specifică ridicată
• rigiditate ridicată (modul de elasticitate 130…140 GPa)
• rezistență mare la uzură
• rezistență mare la oboseală
• se pot realiza din CM structuri stabile dimensional

În plus, diferite clase compozitele pot avea unul sau mai multe avantaje. Unele beneficii nu pot fi obținute simultan.

Dezavantajele materialelor compozite

Majoritatea claselor de compozite (dar nu toate) au dezavantaje:

• preț mare
• anizotropie de proprietate
• intensitatea științifică crescută a producției, necesitatea de echipamente și materii prime speciale scumpe și, prin urmare, o producție industrială dezvoltată și o bază științifică a țării

Domenii de utilizare

Bunuri de consum

Inginerie Mecanică

Caracteristică

Tehnologia este utilizată pentru a forma acoperiri de protecție suplimentare pe suprafețe în perechi de frecare oțel-cauciuc. Aplicarea tehnologiei face posibilă creșterea ciclului de funcționare al etanșărilor și arborilor echipamentelor industriale care funcționează în mediul acvatic.

Materialele compozite sunt compuse din mai multe materiale distincte din punct de vedere funcțional. bază materiale anorganice face silicați de magneziu, fier, aluminiu modificați cu diverși aditivi. Tranzițiile de fază în aceste materiale au loc la sarcini locale suficient de mari, aproape de rezistența finală a metalului. În același timp, se formează un strat de cermet de înaltă rezistență pe suprafață în zona de sarcini locale mari, datorită căruia este posibilă modificarea structurii suprafeței metalice.

Specificații

Învelișul de protecție, în funcție de compoziția materialului compozit, poate fi caracterizat prin următoarele proprietăți:

• grosime de până la 100 microni;
• clasa de curatenie a suprafetei arborelui (pana la 9);
• au pori cu dimensiuni de 1 - 3 microni;
• coeficient de frecare până la 0,01;
• aderență ridicată la suprafața metalului și cauciucului.

Avantaje tehnice și economice

• Un strat de cermet de înaltă rezistență se formează la suprafață în zona de sarcini locale mari
• Stratul format pe suprafața politetrafluoretilenelor are un coeficient de frecare scăzut și rezistență scăzută la uzura abrazivă;
• Acoperirile metalo-organice sunt moi, au un coeficient de frecare scăzut, suprafață poroasă, grosimea stratului suplimentar este de câțiva microni.

Domenii de aplicare ale tehnologiei

• a desena pe suprafata de lucru etanșări pentru a reduce frecarea și a crea un strat de separare care împiedică lipirea cauciucului de arbore în timpul perioadei de repaus.
• motoare cu ardere internă de mare viteză pentru construcția de mașini și avioane.

Aviație și astronautică

Armament și echipament militar

Datorită caracteristicilor lor (rezistență și ușurință), materialele compozite sunt folosite în armată pentru producerea de diferite feluri armura:

• blindaj pentru vehicule militare

Vezi si

• IBFM_(materiale_inovatoare_de_construcții_și_finisare)

Legături

Fundația Wikimedia. 2010 .

• Compozit
• Material compozit

Vedeți ce sunt „materiale compozite” în alte dicționare:

Materiale de armare- (voal de sticlă, covoraș de sticlă, roving de sticlă, fibră de sticlă multiaxială, covoraș) - materiale compozite, în funcție de scopul lor, se obțin prin impregnarea materialelor de armare cu rășină și, în urma reacției de polimerizare a rășinii, se obțin... Enciclopedie de termeni, definiții și explicații ale materialelor de construcție

MATERIALE CONSTRUCȚIE NAVE - materiale tehnice, ale căror proprietăți îndeplinesc cerințele normelor și regulilor de clasificare pentru materialele pentru construcția navelor sau cerințele normelor și standardelor (TU, OST, GOST) pentru materialele utilizate în procesele tehnologice ... ... Carte de referință enciclopedică marine

Legături flexibile compozite- Figura 1. Schema unui perete cu trei straturi: 1. Partea interioară a peretelui; 2. Conexiune flexibilă; 3. Izolatie; 4. întrefier; 5. Compozit de placare a peretelui conexiuni flexibile folosit... Wikipedia

IBFM (materiale inovatoare de construcție și finisare)- IBFM (prescurtare de la Innovation Buildind and Facing Materials, Innovative Building and Finishing Materials) este o nouă categorie de produse pentru construcții, care combină construcția și Materiale pentru decorare conform principiului ... ... Wikipedia

CFRP- Termenul materiale plastice armate cu fibră de carbon Termenul în limba engleză plastice armate cu fibră de carbon Sinonime Abrevieri CFRP Termeni înrudiți materiale compozite, polimer, nanomateriale de carbon Definiție materiale compozite constând din fibre de carbon și ... ... Dicţionar enciclopedic nanotehnologiei

PLASTICE- (mase plastice, materiale plastice). O clasă mare de materiale polimerice organice ușor de format din care se pot realiza produse ușoare, rigide, puternice, rezistente la coroziune. Aceste substanțe constau în principal din carbon (C), hidrogen (H), ... ... Enciclopedia Collier

Cuţit- Acest termen are alte semnificații, vezi Cuțit (sensuri). Cuțit (proto-slav *nožь de la *noziti pentru a perfora) o unealtă de tăiere, al cărei corp de lucru este o bandă de lamă material solid(de obicei metal) cu o lamă pe... Wikipedia

Performanța de zbor a elicopterului Colibri EC120 B- Colibri EC120 B este un elicopter ușor multifuncțional capabil să transporte până la patru pasageri. Compartimentul spațios de marfă poate găzdui cinci valize mari. Accident de elicopter în apropiere de Murmansk Dezvoltator: Grup franco-germano-spaniol ... ... Enciclopedia știrilor

nanotuburi de carbon- Acest termen are alte semnificații, vezi Nanotuburi. Reprezentarea schematică a unui nanotub ... Wikipedia

Airbus A380- T... Wikipedia

Cărți

• Materiale de construcție. Aliaje, polimeri, ceramică, compozite, W. Bolton, Cartea de referință prezintă întreaga gamă de materiale utilizate în inginerie mecanică și electrotehnică: fier, aluminiu, cupru, magneziu, nichel, titan, aliaje pe bază de acestea, polimerice, ceramice și ... Categorie: Inginerie mecanică. Instrumentaţie. prelucrarea metalelor Editor:

material compozit

Material compozit (compozit, KM) este un material solid neomogen creat artificial format din două sau mai multe componente cu o interfață clară între ele. În majoritatea compozitelor (cu excepția celor stratificate), componentele pot fi separate într-o matrice și elementele de armare incluse în aceasta. În compozitele pentru scopuri structurale, elementele de armare asigură, de obicei, caracteristicile mecanice necesare ale materialului (rezistență, rigiditate etc.), iar matricea (sau liantul) asigură funcționarea în comun a elementelor de armare și le protejează de deteriorarea mecanică și substanțele chimice agresive. mediu inconjurator.

Comportarea mecanică a compoziției este determinată de raportul dintre proprietățile elementelor de armare și ale matricei, precum și de rezistența legăturii dintre ele. Eficiența și performanța materialului depind de alegerea corectă a componentelor inițiale și de tehnologia combinației lor, concepute pentru a asigura o legătură puternică între componente, păstrând în același timp caracteristicile originale.

Ca urmare a combinării elementelor de armare și a matricei, se formează un complex de proprietăți de compoziție, care nu numai că reflectă caracteristicile inițiale ale componentelor sale, dar include și proprietăți pe care componentele izolate nu le posedă. În special, prezența interfețelor între elementele de armare și matrice crește semnificativ rezistența la fisurare a materialului, iar în compoziții, spre deosebire de metalele omogene, o creștere a rezistenței statice nu duce la o scădere, ci, de regulă, la o creștere a caracteristicilor de duritate la fractură.

Pentru a crea o compoziție, se folosesc o varietate de umpluturi și matrice de armare. Acesta este getinax și textolit ( laminate din hârtie sau țesătură lipită cu adeziv termorigid), sticlă și materiale plastice din grafit (țesătură sau fibre bobinate din sticlă sau grafit, impregnate adezivi epoxidici), placaj ... Există materiale în care o fibră subțire din aliaje de înaltă rezistență este umplută cu masă de aluminiu. Bulat este unul dintre cele mai vechi materiale compozite. În ea, cele mai subțiri straturi (uneori fire) de oțel cu conținut ridicat de carbon sunt „lipite” cu fier moale cu conținut scăzut de carbon.

Recent, oamenii de știință din materiale au experimentat cu scopul de a crea materiale mai convenabile de fabricat și, prin urmare, mai ieftine. Sunt studiate structuri cristaline autocrescente lipite într-o singură masă cu lipici polimeric (cimenturi cu aditivi ai adezivilor solubili în apă), compoziții termoplastice cu fibre scurte de armare etc.

Clasificarea compozitelor

Compozitele sunt de obicei clasificate în funcție de tipul de umplutură de armare:

• fibros (componenta de armare - structuri fibroase);
• stratificat;
• materiale plastice umplute (componentă de armare - particule)
  • vrac (omogen),
  • scheletice (structuri inițiale umplute cu un liant).

Avantajele materialelor compozite

Principalul avantaj al CM este că materialul și structura sunt create simultan. Excepție fac preimpregnatele, care sunt produse semifabricate pentru fabricarea structurilor. Trebuie remarcat imediat că CM-urile sunt create pentru îndeplinirea acestor sarcini, prin urmare, nu pot conține toate avantajele posibile, dar atunci când proiectează un nou compozit, inginerul este liber să stabilească caracteristici care sunt semnificativ superioare celor ale materialelor tradiționale. la îndeplinirea acestui scop în acest mecanism, dar inferior acestora în orice alte aspecte. Aceasta înseamnă că CM nu poate fi mai bun decât materialul tradițional în orice, adică pentru fiecare produs, inginerul efectuează toate calculele necesare și abia apoi alege optimul dintre materialele de producție.

• rezistență specifică ridicată (rezistență 3500 MPa)
• rigiditate ridicată (modul de elasticitate 130…140 - 240 GPa)
• rezistență mare la uzură
• rezistență mare la oboseală
• se pot realiza din CM structuri stabile dimensional
• uşura

Mai mult, diferitele clase de compozite pot avea unul sau mai multe avantaje. Unele beneficii nu pot fi obținute simultan.

Dezavantajele materialelor compozite

Materialele compozite au un număr destul de mare de dezavantaje care împiedică distribuția lor.

Preț mare

Costul ridicat al CM se datorează intensității științifice ridicate a producției, necesității de a utiliza echipamente și materii prime speciale scumpe și, în consecință, producției industriale dezvoltate și bazei științifice a țării.

Anizotropie de proprietate

Rezistență scăzută la impact

Volum specific ridicat

Higroscopicitate

KM poate absorbi și alte lichide cu putere mare de penetrare, cum ar fi kerosenul de aviație.

Toxicitate

În timpul funcționării, CM-urile pot emite vapori care sunt adesea toxici. Dacă produsele sunt fabricate din CM care vor fi amplasate în imediata apropiere a unei persoane (un astfel de exemplu poate fi fuselajul compozit al aeronavei Boeing 787 Dreamliner), atunci sunt necesare studii suplimentare privind impactul componentelor CM asupra oamenilor pentru a aproba materialele. folosit la fabricarea CM.

Productivitate cu întreținere redusă

Materialele compozite au o capacitate de fabricație operațională scăzută, o întreținere scăzută și costuri de operare ridicate. Acest lucru se datorează necesității de a folosi metode speciale care necesită forță de muncă, unelte speciale pentru finalizarea și repararea obiectelor din CM. Adesea obiectele de la CM nu sunt supuse nicio modificare și reparație.

Domenii de utilizare

Bunuri de consum

Caracteristică

Tehnologia este utilizată pentru a forma acoperiri de protecție suplimentare pe suprafețe în perechi de frecare oțel-cauciuc. Aplicarea tehnologiei face posibilă creșterea ciclului de funcționare al etanșărilor și arborilor echipamentelor industriale care funcționează în mediul acvatic.

Materialele compozite sunt compuse din mai multe materiale distincte din punct de vedere funcțional. Baza materialelor anorganice este silicații de magneziu, fier și aluminiu modificați cu diverși aditivi. Tranzițiile de fază în aceste materiale au loc la sarcini locale suficient de mari, aproape de rezistența finală a metalului. În același timp, se formează un strat de cermet de înaltă rezistență pe suprafață în zona de sarcini locale mari, datorită căruia este posibilă modificarea structurii suprafeței metalice.

• blindaj pentru vehicule militare

Literatură

• Vasiliev VV Mekhanika konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov [Mecanica construcțiilor din materiale compozite]. - M.: Mashinostroenie, 1988. - 272 p.
• Karpinos D. M. Materiale compozite. Director. - Kiev, Naukova Dumka

Vezi si

Note

Legături

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce este „material compozit” în alte dicționare:

MATERIAL COMPOSIT Un compus creat prin combinarea a două sau mai multe alte materiale, cum ar fi betonul, fibra de sticlă sau placaj. De obicei, proprietățile unui material compozit sunt superioare celor din care este făcut... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

material compozit- compozit Un material cu structură eterogenă, format din mai multe materiale (componente) omogene. [PB 03 576 03] Informații suplimentare pe Internet: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2085.html Subiecte polimer și alte materiale Sinonime ... ... Manualul Traducătorului Tehnic

material compozit- 3.3 material compozit: Un material care conține pulbere de cauciuc activ ca bază, precum și aditivi țintiți și funcționali, destinate modificării mixturilor asfaltice. Sursă … Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

Introducere. 2

1. Informații generale despre materialele compozite .. 3

2. Compoziția și structura compozitului .. 5

3. Evaluarea matricei și a întăritorului în formarea proprietăților compozitului .. 10

3.1. Materiale compozite cu matrice metalică 10

3.2. Materiale compozite cu matricea nemetalica 10

4. Materiale de construcție– compozite.. 12

4.1. Polimeri în construcții. 12

4.2. Compozite și beton.. 16

4.3. Panouri compozite din aluminiu.. 19

Concluzie. 23

Lista literaturii folosite.. 24

Introducere

La începutul secolului al XXI-lea se pune problema viitoarelor materiale de construcție. Dezvoltarea rapidă a științei și tehnologiei îngreunează prognoza: acum patru decenii nu exista aplicare largă materialele de construcție polimerice și compozitele moderne „adevărate” erau cunoscute doar de un cerc restrâns de specialiști. Cu toate acestea, se poate presupune că principalele materiale de construcție vor fi, de asemenea, metalul, betonul și betonul armat, ceramica, sticla, lemnul și polimerii. Materialele de construcție vor fi create pe aceeași bază de materie primă, dar cu utilizarea de noi formulări de componente și metode tehnologice, care vor da un calitate operaționalăși, prin urmare, durabilitate și fiabilitate. Se va folosi maxim de deșeuri din diverse industrii, produse uzate, deșeuri locale și menajere. Materialele de construcție vor fi selectate după criterii de mediu, iar producția lor se va baza pe tehnologii non-deșeuri.

Deja acum există o abundență de nume de marcă pentru finisare, izolație și alte materiale, care, în principiu, diferă doar în compoziție și tehnologie. Acest flux de noi materiale va crește și performanța lor se va îmbunătăți ca răspuns la dureri condiții climaticeși economisirea resurselor energetice ale Rusiei.

1. Informații generale despre materialele compozite

Material compozit - un material solid eterogen format din doua sau mai multe componente, printre care se pot distinge elemente de armare care asigura caracteristicile mecanice necesare materialului, si o matrice (sau liant) care asigura functionarea in comun a elementelor de armare.

Comportarea mecanică a compozitului este determinată de raportul dintre proprietățile elementelor de armare și ale matricei, precum și de rezistența legăturii dintre ele. Eficiența și performanța materialului depind de alegerea corectă a componentelor inițiale și de tehnologia combinației lor, concepute pentru a asigura o legătură puternică între componente, păstrând în același timp caracteristicile originale.

Ca urmare a combinării elementelor de armare și a matricei, se formează un complex de proprietăți compozite, care nu numai că reflectă caracteristicile inițiale ale componentelor sale, dar include și proprietăți pe care componentele izolate nu le posedă. În special, prezența interfețelor între elementele de armare și matrice crește semnificativ rezistența la fisurare a materialului, iar în compozite, spre deosebire de metale, o creștere a rezistenței statice nu duce la o scădere, ci, de regulă, la o creșterea caracteristicilor de duritate la rupere.

rezistență specifică ridicată

rigiditate ridicată (modul de elasticitate 130…140 GPa)

rezistență mare la uzură

rezistență mare la oboseală

se pot realiza din CM structuri stabile dimensional

Mai mult, diferitele clase de compozite pot avea unul sau mai multe avantaje. Unele beneficii nu pot fi obținute simultan.

Dezavantajele materialelor compozite

Majoritatea claselor de compozite (dar nu toate) au dezavantaje:

preț mare

anizotropie de proprietate

intensitatea științifică crescută a producției, necesitatea de echipamente și materii prime speciale scumpe și, prin urmare, o producție industrială dezvoltată și o bază științifică a țării

2. Compoziția și structura compozitului

Compozitele sunt materiale multicomponente formate dintr-un polimer, metal, carbon, ceramică sau altă bază (matrice) întărită cu materiale de umplutură din fibre, mustăți, particule fine etc. Prin selectarea compoziției și proprietăților materialului de umplutură și a matricei (liant), acestea raportul , orientarea umpluturii, este posibil să se obțină materiale cu combinația necesară de proprietăți operaționale și tehnologice. Utilizarea mai multor matrice (materiale compozite polimatrice) sau materiale de umplutură de natură variată (materiale compozite hibride) într-un singur material extinde semnificativ posibilitățile de control al proprietăților materialelor compozite. Materialele de umplutură de armare percep ponderea principală a încărcăturii materialelor compozite.

În funcție de structura materialului de umplutură, materialele compozite sunt împărțite în fibroase (întărite cu fibre și mustăți), stratificate (întărite cu filme, plăci, materiale de umplutură stratificate), întărite cu dispersie sau întărite cu dispersie (cu un material de umplutură sub formă de Particule fine). Matricea din materiale compozite asigură soliditatea materialului, transferul și distribuția tensiunilor în umplutură, determină căldura, umiditatea, focul și substanțele chimice. durabilitate.

În funcție de natura materialului matricei, se disting polimer, metal, carbon, ceramică și alte compozite.

Materialele compozite armate cu fibre continue de înaltă rezistență și modul înalt au primit cea mai mare aplicație în construcții și inginerie. Acestea includ: materiale compozite polimerice pe bază de termorigide (epoxidice, poliester, fenol-formal, poliamidă etc.) și lianți termoplastici armați cu sticlă (fibră de sticlă), carbon (fibră de carbon), org. (organoplastie), bor (boroplastie) și alte fibre; metalic materiale compozite pe bază de aliaje de Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Cr armate cu fibre de bor, carbon sau carbură de siliciu, precum și sârmă de oțel, molibden sau wolfram;

Materiale compozite pe bază de carbon armat cu fibre de carbon (materiale carbon-carbon); materiale compozite pe bază de ceramică armată cu carbon, carbură de siliciu și alte fibre rezistente la căldură și SiC. La utilizarea fibrelor de carbon, sticlă, aramidă și bor conținute în material în cantitate de 50-70%, s-au creat compoziții (vezi tabel) cu bătăi. rezistență și modul de elasticitate de 2-5 ori mai mari decât cele convenționale materiale de construcție si aliaje. În plus, materialele compozite fibroase sunt superioare metalelor și aliajelor în ceea ce privește rezistența la oboseală, rezistența la căldură, rezistența la vibrații, absorbția zgomotului, rezistența la impact și alte proprietăți. Astfel, armarea aliajelor de Al cu fibre de bor îmbunătățește semnificativ caracteristicile mecanice ale acestora și face posibilă creșterea temperaturii de funcționare a aliajului de la 250–300 la 450–500 °C. Armătura cu sârmă (din W și Mo) și fibre de compuși refractari este utilizată pentru a crea materiale compozite rezistente la căldură pe bază de Ni, Cr, Co, Ti și aliajele acestora. Deci, aliajele Ni rezistente la căldură armate cu fibre pot funcționa la 1300-1350 °C. La fabricarea materialelor metalice compozite fibroase, aplicarea unei matrice metalice pe o umplutură se realizează în principal dintr-o topitură a materialului matricei, prin depunere electrochimică sau pulverizare. Turnarea produselor este realizată de Ch. arr. metoda de impregnare a cadrului fibrelor de armare cu o topitură de metal sub presiune de până la 10 MPa sau prin combinarea foliei (material de matrice) cu fibre de armare folosind laminare, presare, extrudare sub sarcină. până la temperatura de topire a materialului matricei.

Una dintre metodele tehnologice generale pentru fabricarea polimerului și a metalului. materiale compozite fibroase și stratificate - creșterea cristalelor de umplutură în matrice direct în procesul de fabricație a pieselor. Această metodă este utilizată, de exemplu, la crearea eutecticii. aliaje rezistente la căldură pe bază de Ni și Co. Aliarea topiturii cu carbură și intermetalice. Comm., care formează cristale fibroase sau lamelare în timpul răcirii în condiții controlate, duce la întărirea aliajelor și permite creșterea temperaturii de funcționare a acestora cu 60-80 oC. materialele compozite pe bază de carbon combină densitatea scăzută cu o conductivitate termică ridicată, chimie. durabilitate, constanță a dimensiunilor cu scăderi puternice de temperatură, precum și cu o creștere a rezistenței și a modulului de elasticitate atunci când este încălzit la 2000 ° C într-un mediu inert. Pentru metodele de obținere a materialelor compozite carbon-carbon, vezi CFRP. Materialele compozite de înaltă rezistență pe bază de ceramică se obțin prin armare cu umpluturi fibroase, precum și metal. și ceramică particule dispersate. Armarea cu fibre continue de SiC face posibilă obținerea de materiale compozite caracterizate printr-o creștere a tenacitate, rezistență la încovoiere și rezistenta mare la oxidare la temperaturi mari. Cu toate acestea, întărirea ceramicii cu fibre nu duce întotdeauna la rezultate semnificative. o crestere a proprietatilor sale de rezistenta datorita lipsei unei stari elastice a materialului la o valoare mare a modulului sau de elasticitate. Armare cu metal dispersat. particule vă permite să creați o ceramică-metal. materiale (cermets) cu sporit. rezistență, conductivitate termică, rezistență la șoc termic. La fabricarea ceramicii materialele compozite folosesc de obicei presarea la cald, presarea cu ultima. sinterizare, turnare cu alunecare (vezi și Ceramica). Armarea materialelor cu metal dispersat. particulele duce la o creștere bruscă a rezistenței datorită creării de bariere în mișcarea luxațiilor. O astfel de întărire arr. utilizat la realizarea aliajelor crom-nichel rezistente la căldură. Materialele se obțin prin introducerea de particule fine în metalul topit cu ultimul. prelucrarea normală a lingourilor în produse. Introducerea, de exemplu, a ThO2 sau ZrO2 în aliaj face posibilă obținerea de aliaje rezistente la căldură întărite cu dispersie care funcționează mult timp sub sarcină la 1100-1200 ° C (limita capacității de lucru a aliajelor convenționale rezistente la căldură în aceleași condiții este de 1000-1050 ° C). O direcție promițătoare în crearea materialelor compozite de înaltă rezistență este întărirea materialelor cu mustăți, care, datorită diametrului lor mic, sunt practic lipsite de defecte prezente în cristalele mai mari și au o rezistență ridicată. max. practic de interes sunt cristalele de Al2O3, BeO, SiC, B4C, Si3N4, AlN si grafit cu diametrul de 1-30 microni si lungimea de 0,3-15 mm. Astfel de materiale de umplutură sunt utilizate sub formă de fire orientate sau laminate izotrope precum hârtie, carton, pâslă. materialele compozite pe bază de matrice epoxidice și mustăți de ThO2 (30% în greutate) au creștere 0,6 GPa, modul elastic 70 GPa. Introducerea în compoziția mustaților îi poate oferi combinații neobișnuite de electrice. şi magn. sv. Alegerea și numirea materialelor compozite sunt în mare măsură determinate de condițiile de încărcare și condițiile de funcționare ale piesei sau structurii, tehnologie. oportunități. max. Materiale compozite polimerice sunt disponibile și stăpânite O gamă largă de matrici sub formă de termorigide și termoplastice. polimerii oferă gama larga materiale compozite pentru lucru în intervalul de la negativ. t-r până la 100-200°С - pentru materiale organoplastice, până la 300-400 °С - pentru materiale plastice din sticlă, carbon și bor. Materialele compozite polimerice cu o matrice de poliester și epoxidă funcționează până la 120-200 °, cu o fenol-formaldehidă - până la 200-300 ° C, poliimidă și silicon-org. - până la 250-400°С. metalic materialele compozite pe baza de Al, Mg si aliajele acestora, armate cu fibre din B, C, SiC, se folosesc pana la 400-500°C; materialele compozite pe baza de aliaje de Ni si Co functioneaza la temperaturi de pana la 1100-1200°C, pe baza de metale refractare si Comm. - pana la 1500-1700°C, pe baza de carbon si ceramica - pana la 1700-2000°C. Utilizarea compozitelor ca inginerie structurală, de protecție termică, antifricțiune, radio și electricitate. și alte materiale fac posibilă reducerea greutății structurii, creșterea resurselor și capacităților mașinilor și ansamblurilor și crearea de unități, piese și structuri fundamental noi. Toate tipurile de materiale compozite sunt utilizate în industria chimică, textilă, minieră, metalurgică. industrie, inginerie mecanică, transport, pentru fabricarea echipamentelor sportive etc.

Prezintă cititorului compozitele pe bază de metal și materialele compozite ceramice. De asemenea, descrie principalele utilizări ale compozitelor.

• Organoplastice cu fibre organice de origine naturală și artificială. Mai ușor decât sticla și fibra de carbon. Au rezistență mare la impact, dar rezistență scăzută la tracțiune/încovoiere. Materialele plastice de acest tip includ, de exemplu, Kevlar.
• Textoliți fabricați dintr-o matrice polimerică și țesături de diferite naturi ca umplutură. Unele textolite sunt realizate cu o matrice de substante anorganice(silicați, fosfați). Proprietățile materialelor sunt foarte diverse, în funcție de tipul de fibre ale țesăturii. Fibrele sunt fabricate din bumbac, azbest, bazalt, sticla, materiale artificiale etc.
• Polimeri umpluți cu pulbere (polietilene, polipropilene, rășini cu diverse umpluturi, cum ar fi talc, amidon, negru de fum, carbonat de calciu etc.) - au fost deja dezvoltate peste 10 mii de tipuri de materiale plastice de acest tip. Vă rugăm să rețineți că puteți cumpăra de la noi diverse materiale de umplutură și alte materii prime necesare pentru fabricarea compozitelor.

Compozite pe bază de metal

Compozitele metalice sunt realizate pe baza multor metale neferoase, de exemplu, cupru, aluminiu, nichel. Pentru umplutură se iau fibre rezistente la temperaturi mari, insolubil în bază. Cele mai frecvent utilizate fibre metalice sau monocristale de oxizi, nitruri, ceramice, carburi, boruri. Rezultă astfel compozite care sunt mult mai rezistente la foc, mai durabile și mai rezistente la uzură decât metalul pur original.

Compozite ceramice

Compozitele ceramice sunt realizate prin sinterizarea sub presiune a masei ceramice originale cu adăugarea de fibre sau particule. Fibrele metalice sunt cel mai adesea folosite ca materiale de umplutură - se obțin cermeturi. Sunt rezistente la șoc termic, conductivitate termică ridicată.

Cermeturile sunt folosite pentru a produce piese rezistente la uzură și la căldură, cum ar fi turbinele cu gaz, cuptoarele electrice. De asemenea, sunt solicitați pentru fabricarea de scule de tăiere, piese de sisteme de frânare, bare de combustibil pentru reactoare nucleare.

Aplicarea compozitelor

Materialele compozite sunt deja folosite în aproape toate domeniile de producție. Sunt folosite:

• in constructie;
• producție de sticlă securizată și blindată pentru vehicule, vitrine și uși;
• proteze medicale;
• acoperiri pentru mese de bucatarieși baze pentru plăci electronice;
• piese și carcase de aparate de uz casnic;
• rame de ferestre și multe altele.

Este interesant: compozite cu proprietăți extreme în cerere în producția de avioane, auto, nave și rachete. Sunt necesare în producția de piese pentru nava spatiala, centrale nucleare, echipamente sportive (de exemplu, biciclete ușoare și rezistente). Sunt utilizate pentru fabricarea elementelor de dispozitive și echipamente operate în medii agresive și la temperaturi ridicate.

În istoria dezvoltării tehnologiei, se pot distinge două direcții importante:

• dezvoltarea de scule, structuri, mecanisme și mașini,
• dezvoltarea materialelor.

Este greu de spus care dintre ele este mai important, pentru că. sunt destul de strâns legate între ele, dar fără dezvoltarea materialelor, progresul tehnic este imposibil în principiu. Nu este o coincidență faptul că istoricii împart epocile civilizaționale timpurii în epoca de piatră, epoca bronzului și epoca fierului.

Actualul secol al XXI-lea poate fi deja atribuit epocii materialelor compozite (compozite).

Conceptul de materiale compozite s-a format la mijlocul secolului XX. Cu toate acestea, compozitele nu sunt deloc un fenomen nou, ci doar un termen nou formulat de oamenii de știință din materiale pentru a înțelege mai bine geneza materialelor structurale moderne.

Materialele compozite sunt cunoscute de secole. De exemplu, în Babilon, stuful era folosit pentru a întări lutul în construcția locuințelor, iar egiptenii antici adăugau cărămizi de lut paie mărunțită. LA Grecia antică coloanele de marmură au fost întărite cu tije de fier în timpul construcției de palate și temple. În 1555-1560, la construirea Catedralei Sf. Vasile din Moscova, arhitecții ruși Barma și Postnik au folosit plăci de piatră întărite cu fâșii de fier. Betonul armat și oțelurile damasc pot fi numite predecesori direcți ai materialelor compozite moderne.

Există analogi naturali ai materialelor compozite - lemn, oase, scoici etc. Multe tipuri de minerale naturale sunt de fapt compozite. Nu numai că sunt durabile, dar au și proprietăți decorative excelente.

Materiale compozite- materiale multicomponente constând dintr-o bază de plastic - o matrice și materiale de umplutură care joacă un rol de întărire și alte roluri. Există o limită de fază între fazele (componentele) compozitului.

Combinația de substanțe diferite duce la crearea unui nou material, ale cărui proprietăți diferă semnificativ de proprietățile fiecăruia dintre constituenții săi. Acestea. un semn al unui material compozit este o influență reciprocă notabilă a elementelor constitutive ale compozitului, i.e. noua lor calitate, efect.

Variind compoziția matricei și a umpluturii, raportul acestora, folosind reactivi speciali speciali, etc., se obține o gamă largă de materiale cu setul de proprietăți necesar.

Mare importanță dispunerea elementelor materialului compozit, atât în ​​direcțiile sarcinilor care acționează, cât și unele în raport cu altele, i.e. ordine. Compozitele de înaltă rezistență, de regulă, au o structură foarte ordonată.

Un exemplu simplu. O mână de rumeguș aruncată într-o găleată ciment mortar nu îi va afecta în niciun fel proprietățile. Dacă jumătate din soluție este înlocuită cu rumeguș, atunci densitatea materialului, constantele sale termofizice, costurile de producție și alți indicatori se vor schimba semnificativ. Dar, o mână de fibre de polipropilenă va face betonul rezistent la impact și rezistent la uzură, iar o jumătate de găleată de fibră îi va oferi elasticitate, care nu este deloc caracteristică materialelor minerale.

În prezent, în domeniul materialelor compozite (compozite), se obișnuiește să se includă o varietate de materiale artificiale, dezvoltat și implementat în diverse ramuri de tehnologie și industrie, întâlnire principii generale crearea de materiale compozite

De ce există interes pentru materialele compozite în acest moment? Pentru că materialele tradiționale nu mai răspund întotdeauna sau nu îndeplinesc pe deplin nevoile practicii moderne de inginerie.

Matricele din materialele compozite sunt metale, polimeri, cimenturi și ceramică. O mare varietate de substanțe artificiale și naturale sunt folosite ca materiale de umplutură diferite forme(de dimensiuni mari, foaie, fibros, dispersat, fin dispersat, microdispersat, nanoparticule).

Sunt cunoscute și materiale compozite multicomponente, printre care:

• polimatrice, când mai multe matrice sunt combinate într-un material compozit,
• hibrid, incluzând mai multe materiale de umplutură diferite, fiecare având propriul său rol.

Umplutura, de regulă, determină rezistența, rigiditatea și deformabilitatea compozitului, în timp ce matricea îi asigură soliditatea, transferul de tensiuni și rezistența la diferite influențe externe.

Un loc special îl ocupă materialele decorative compozite cu proprietăți decorative pronunțate.

Sunt dezvoltate materiale compozite cu proprietăți speciale, de exemplu, materiale radio-transparente și materiale radio-absorbante, materiale pentru protecția termică a navelor spațiale orbitale, materiale cu un coeficient scăzut de dilatare termică liniară și un modul specific de elasticitate ridicat și altele.

Materialele compozite sunt utilizate în toate domeniile științei, tehnologiei, industriei, inclusiv. în locuințe, construcții industriale și speciale, construcție de mașini generale și speciale, metalurgie, industria chimică, energie, electronică, aparate electrocasnice, producția de haine și încălțăminte, medicină, sport, arte etc.

Structura materialelor compozite.

Conform structurii mecanice, compozitele sunt împărțite în mai multe clase principale: fibroase, stratificate, întărite în dispersie, întărite cu particule și nanocompozite.

Compozitele fibroase sunt întărite cu fibre sau mustăți. Chiar și un conținut mic de umplutură în compozitele de acest tip duce la o îmbunătățire semnificativă a proprietăților mecanice ale materialului. Proprietățile materialului pot fi, de asemenea, variate pe scară largă prin schimbarea orientării dimensiunii și concentrației fibrelor.

În materialele compozite laminate, matricea și umplutura sunt aranjate în straturi, cum ar fi, de exemplu, în triplex, placaj, structuri din lemn lipit și laminate.

Microstructura altor clase de materiale compozite se caracterizează prin faptul că matricea este umplută cu particule de armare și diferă în dimensiunea particulelor. În compozitele armate cu particule, dimensiunea acestora este mai mare de 1 micron, iar conținutul este de 20-25% (în volum), în timp ce compozitele întărite cu dispersie includ de la 1 la 15% (în volum) particule cu dimensiuni cuprinse între 0,01 și 0,01 până la 0,1 µm. Dimensiunile particulelor care alcătuiesc nanocompozitele sunt chiar mai mici și se ridică la 10-100 nm.

Câteva compozite comune

betoanelor- cele mai comune materiale compozite. În prezent, se produce o gamă largă de betoane, care diferă ca compoziție și proprietăți. Betoanele moderne sunt produse atât pe matrițe tradiționale de ciment, cât și pe cele polimerice (epoxidice, poliester, fenol-formaldehidă, acrilice etc.). Betoanele moderne de înaltă performanță sunt aproape de metale ca rezistență. Betonul decorativ devine popular.

Organoplastie- compozite în care servesc materiale de umplutură sintetice organice, mai rar fibre naturale și artificiale sub formă de mănunchiuri, fire, țesături, hârtie etc. În materialele organoplastice termorigide, de regulă, rășinile epoxidice, poliesterice și fenolice, precum și poliimidele servesc ca matrice. Organoplasticele au o densitate redusă, sunt mai ușoare decât materialele plastice din sticlă și fibră de carbon și au o rezistență la tracțiune relativ mare; rezistență ridicată la impact și sarcini dinamice, dar, în același timp, rezistență scăzută la compresiune și la încovoiere. Cele mai comune organoplastice sunt materialele compozite din lemn. În ceea ce privește producția, organele plastice sunt superioare oțelului, aluminiului și materialelor plastice.

Recent, termeni noi au devenit populari în literatura străină - biopolimeri, bioplastice și, în consecință, biocompozite.

Materiale compozite din lemn. Cele mai comune compozite din lemn includ arboliți, xiloliți, plăci aglomerate de ciment, lipite structuri din lemn, placaj și piese lipite îndoite, materiale plastice pe bază de lemn, PAL și plăci din fibre și grinzi, prese de lemn și pulberi de presare, compozite termoplastice lemn-polimer.

fibra de sticla- materiale compozite polimerice armate cu fibre de sticla, care sunt turnate din sticla anorganica topita. Ca matrice, cel mai des se folosesc atât rășini sintetice termorigide (fenolice, epoxidice, poliester etc.), cât și polimeri termoplastici (poliamide, polietilenă, polistiren etc.). Fibra de sticlă are rezistență ridicată, conductivitate termică scăzută, proprietăți de izolare electrică ridicate, în plus, sunt transparente la undele radio. Un material stratificat în care o țesătură țesută din fibre de sticlă este folosită ca umplutură se numește fibră de sticlă.

CFRP- umplutura din aceste compozite polimerice sunt fibre de carbon. Fibrele de carbon sunt obținute din fibre sintetice și naturale pe bază de celuloză, copolimeri de acrilonitril, smoală de gudron de petrol și de cărbune etc. Matricele din fibră de carbon pot fi atât polimeri termorigide, cât și termoplastici. Principalele avantaje ale materialelor plastice armate cu fibra de carbon in comparatie cu fibra de sticla sunt densitatea lor scazuta si modulul de elasticitate mai mare, plasticele armate cu fibra de carbon sunt materiale foarte usoare si, in acelasi timp, durabile.

Pe baza fibrelor de carbon și a unei matrice de carbon se creează materiale compozite carbon-grafit - cele mai rezistente la căldură materiale compozite (materiale plastice din fibră de carbon) care pot rezista la temperaturi de până la 3000 ° C pentru o lungă perioadă de timp în medii inerte sau reducătoare.

Boroplastie- materiale compozite care conțin fibre de bor ca umplutură înglobate într-o matrice polimerică termorezistabilă, în timp ce fibrele pot fi fie sub formă de monofilamente, fie sub formă de mănunchiuri împletite cu un fir auxiliar de sticlă sau benzi în care firele de bor sunt împletite cu alte fire . Utilizarea materialelor plastice cu bor este limitată de costul ridicat de producere a fibrelor de bor; prin urmare, acestea sunt utilizate în principal în aviație și tehnologia spațială în părțile supuse la stres pe termen lung într-un mediu agresiv.

Pulberi de presat (mase de presare). Sunt cunoscute peste 10.000 de grade de polimeri umpluți. Materialele de umplutură sunt folosite atât pentru a reduce costul materialului, cât și pentru a-i conferi proprietăți speciale. Polimerul umplut a fost produs pentru prima dată de Dr. Baekeland (Leo H. Baekeland, SUA), care a descoperit la începutul secolului XX. metoda de sinteza a rășinii fenol formaldehidă (bachelit). Prin ea însăși, această rășină este o substanță fragilă cu rezistență scăzută. Baekeland a descoperit că adăugarea de fibre, în special făină de lemn, la rășină înainte de a se întări, a crescut rezistența acesteia. Materialul pe care l-a creat - bachelita - a câștigat o mare popularitate. Tehnologia de preparare a acestuia este simplă: un amestec de polimer parțial întărit și umplutură - pulbere de presare - se întărește ireversibil în matriță sub presiune. Primul produs de serie a fost produs folosind această tehnologie în 1916, este butonul schimbătorului de viteze al unei mașini Rolls-Royce. Polimerii termorigizi umpluți sunt utilizați pe scară largă într-o mare varietate de domenii tehnice. O varietate de materiale de umplutură sunt folosite pentru a umple polimeri termorigizi și termoplastici - făină de lemn, caolin, cretă, talc, mică, funingine, fibră de sticlă, fibre de bazalt etc.

Textoliți- materiale plastice laminate armate cu tesaturi din diverse fibre. Tehnologia de producere a textoliților a fost dezvoltată în anii 1920. pe bază de rășină fenol-formaldehidă. Pânzele din țesătură sunt impregnate cu rășină, apoi presate la o temperatură ridicată, obținându-se plăci de textolit sau produse modelate. Lianții din textoliți sunt o gamă largă de polimeri termorigizi și termoplastici și uneori lianți anorganici pe bază de silicați și fosfați. Ca umplutură, se folosesc țesături dintr-o mare varietate de fibre - bumbac, sintetice, sticlă, carbon, azbest, bazalt etc. În consecință, proprietățile și aplicarea textoliților sunt diverse.

Materiale compozite cu matrice metalică. La crearea compozitelor pe bază de metal, ca matrice se utilizează aluminiu, magneziu, nichel, cupru etc. Umplutura este din fibre de înaltă rezistență, particule refractare de diferite finețe, monocristale de oxid de aluminiu, oxid de beriliu, bor și carburi de siliciu, nitruri de aluminiu și siliciu etc. 0,3-15 mm lungime și 1-30 µm în diametru.

Principalele avantaje ale materialelor compozite cu matrice metalică în comparație cu metalul convențional (nearmat) sunt: ​​rezistență crescută, rigiditate crescută, rezistență crescută la uzură, rezistență crescută la fluaj.

Materiale compozite pe bază de ceramică. Armarea materialelor ceramice cu fibre, precum și cu particule metalice și ceramice dispersate, face posibilă obținerea de compozite de înaltă rezistență, cu toate acestea, gama de fibre potrivite pentru armarea ceramicii este limitată de proprietățile acestora. Material sursă. Fibrele metalice sunt adesea folosite. Rezistența la tracțiune crește ușor, dar rezistența la șocuri termice crește - materialul crapă mai puțin la încălzire, dar există cazuri când rezistența materialului scade. Depinde de raportul dintre coeficienții de dilatare termică ai matricei și umpluturii.

Armarea ceramicii cu particule metalice dispersate conduce la noi materiale (cermets) cu durabilitate crescuta, rezistenta la socuri termice si conductivitate termica crescuta. Cermeturile de înaltă temperatură sunt folosite pentru a face piese pentru turbine cu gaz, fitinguri pentru cuptoare electrice, piese pentru tehnologia rachete și cu jet. Cermeturile rezistente la uzură sunt folosite pentru a face unelte și piese de tăiere. În plus, cermeturile sunt utilizate în domenii speciale ale tehnologiei - acestea sunt elemente de combustibil ale reactoarelor nucleare pe bază de oxid de uraniu, materiale de frecare pentru dispozitivele de frânare etc.