Materiale bazate pe mai multe componente, ceea ce determină caracteristicile lor operaționale și tehnologice. Compozitele au la bază o matrice pe bază de metal, polimer sau ceramică. Întărirea suplimentară este realizată de materiale de umplutură sub formă de fibre, mustăți și diferite particule.

Sunt compozitele viitorul?

Plasticitate, rezistență, domeniu larg de aplicare - aceasta este ceea ce distinge modernul materiale compozite. Ce este în ceea ce privește producția? Aceste materiale constau dintr-o baza metalica sau nemetalica. Fulgi de rezistență mai mare sunt utilizați pentru a întări materialul. Printre acestea se numără plasticul, care este întărit cu bor, carbon, fibre de sticlă, sau aluminiu, întărit cu filamente de oțel sau beriliu. Dacă combinați conținutul componentelor, puteți obține compozite de diferite rezistențe, elasticitate, rezistență la abrazivi.

Principalele tipuri

Clasificarea compozitelor se bazează pe matricea lor, care poate fi metalică sau nemetalice. Materialele cu o matrice metalică pe bază de aluminiu, magneziu, nichel și aliajele acestora capătă rezistență suplimentară datorită materiale fibroase sau particule refractare care nu se dizolvă în metalul de bază.

Compozite cu matricea nemetalica au la bază polimeri, carbon sau ceramică. Dintre matricele polimerice, cele mai populare sunt epoxidice, poliamidă și fenol-formaldehidă. Forma compoziției este dată de matrice, care acționează ca un fel de liant. Pentru întărirea materialelor, se folosesc fibre, câlți, fire, țesături multistrat.

Producția de materiale compozite se bazează pe următoarele metode tehnologice:

• impregnarea fibrelor de armare cu material matrice;
• turnarea în matriță a benzilor de armare și a matricei;
• presarea la rece a componentelor cu sinterizare suplimentară;
• acoperire electrochimică a fibrelor și presare ulterioară;
• depunerea matricei prin pulverizare cu plasmă și comprimare ulterioară.

Ce intaritor?

Materialele compozite și-au găsit aplicații în multe industrii. Ce este, am spus deja. bazat pe mai multe componente, care sunt neapărat întărite cu fibre sau cristale speciale. Rezistența compozitelor în sine depinde și de rezistența și elasticitatea fibrelor. În funcție de tipul de întăritor, toate compozitele pot fi împărțite:

• pe fibra de sticla;
• fibre de carbon cu fibre de carbon;
• fibre de bor;
• fibre de organ.

Materialele de întărire pot fi stivuite în două, trei, patru sau mai multe fire, cu cât sunt mai multe, cu atât materialele compozite mai puternice și mai fiabile vor fi în funcțiune.

compozite din lemn

Separat, merită menționat compozitul din lemn. Se obtine prin combinarea diferitelor tipuri de materii prime, in timp ce lemnul actioneaza ca component principal. Fiecare compozit lemn-polimer este format din trei elemente:

• particule de lemn zdrobit;
• polimer termoplastic (PVC, polietilenă, polipropilenă);
• un complex de aditivi chimici sub formă de modificatori - sunt până la 5% în compoziția materialului.

Cel mai popular tip de lemn compozit este o placă compozită. Unicitatea sa constă în faptul că combină proprietățile atât ale lemnului, cât și ale polimerilor, ceea ce extinde semnificativ domeniul de aplicare al acestuia. Deci, placa se distinge prin densitatea sa (indicatorul său este afectat de rășina de bază și densitatea particulelor de lemn), rezistență bună la îndoire. În același timp, materialul este ecologic, păstrează textura, culoarea și aroma. lemn natural. Utilizarea plăcilor compozite este absolut sigură. Datorită aditivilor polimeri, placa compozită capătă un nivel ridicat de rezistență la uzură și rezistență la umiditate. Poate fi folosit pentru finisarea teraselor, alei de gradina, chiar daca au o sarcina mare.

Caracteristici de producție

Compozitele din lemn au o structură specială datorită combinării unei baze polimerice cu lemn în ele. Printre materialele de acest tip se pot remarca plăcile de PAL de diferite densități, plăcile din așchii orientate și compozitul lemn-polimer. Producția de materiale compozite de acest tip se realizează în mai multe etape:

1. Lemnul este mărunțit. Pentru aceasta se folosesc concasoare. După zdrobire, lemnul este cernut și împărțit în fracțiuni. Dacă conținutul de umiditate al materiei prime este mai mare de 15%, aceasta trebuie uscată.
2. Componentele principale sunt dozate și amestecate în anumite proporții.
3. Produsul finit este presat și formatat pentru a obține o prezentare.

Principalele caracteristici

Am descris cele mai populare materiale compozite polimerice. Ce este acum este clar. Datorită structurii stratificate, este posibilă întărirea fiecărui strat cu fibre continue paralele. Merită menționate separat caracteristicile compozitelor moderne, care diferă:

• valoare ridicată a rezistenței temporare și a limitei de anduranță;
• nivel ridicat de elasticitate;
• rezistența, care se obține prin întărirea straturilor;
• datorita fibrelor rigide de armare compozitele au rezistenta mare la stresul de rupere.

Compozitele pe bază de metal se caracterizează prin rezistență ridicată și rezistență la căldură, în timp ce sunt practic inelastice. Datorită structurii fibrelor, viteza de propagare a fisurilor, care uneori apar în matrice, este redusă.

Materiale polimerice

Compozitele polimerice sunt prezentate într-o varietate de opțiuni, ceea ce deschide mari oportunități pentru utilizarea lor în diverse domenii, de la stomatologie până la producția de echipamente aviatice. Compozitele pe bază de polimeri sunt umplute cu diferite substanțe.

Cele mai promițătoare domenii de utilizare pot fi considerate construcții, industria petrolului și gazelor, producția de transport rutier și feroviar. Aceste industrii reprezintă aproximativ 60% din utilizarea materialelor compozite polimerice.

Datorită rezistenței ridicate a compozitelor polimerice la coroziune, suprafața uniformă și densă a produselor obținute prin turnare crește fiabilitatea și durabilitatea funcționării produsului final.

Luați în considerare tipurile populare

fibra de sticla

Fibrele de sticlă formate din sticlă anorganică topită sunt folosite pentru a consolida aceste materiale compozite. Matricea se bazează pe rășini sintetice termorigide și polimeri termoplastici, care se disting prin rezistență ridicată, conductivitate termică scăzută și proprietăți de izolare electrică ridicate. Inițial, ele au fost utilizate la producerea de radomuri de antene sub formă de structuri bombate. V lumea modernă Materialele plastice din fibră de sticlă sunt utilizate pe scară largă în industria construcțiilor, construcții navale, producția de echipamente de uz casnic și articole sportive și electronice radio.

În cele mai multe cazuri, fibra de sticlă este produsă pe bază de pulverizare. Această metodă este eficientă în special în producția la scară mică și medie, de exemplu, coca de bărci, bărci, cabine pentru transportul rutier și vagoane de cale ferată. Tehnologia de pulverizare este convenabilă deoarece nu necesită tăierea materialului din sticlă.

CFRP

Proprietățile materialelor compozite pe bază de polimeri fac posibilă utilizarea lor într-o varietate de domenii. Folosesc ca umplutură fibre de carbon obținute din fibre sintetice și naturale pe bază de celuloză, smoală. Fibra este prelucrată termic în mai multe etape. În comparație cu fibra de sticlă, fibra de carbon se caracterizează printr-o densitate mai mică și o ușurință și rezistență mai mare a materialului. Datorită proprietăților operaționale unice ale materialelor plastice din fibră de carbon, acestea sunt utilizate în inginerie mecanică și construcție de rachete, producția de echipamente spațiale și medicale, biciclete și echipamente sportive.

Boroplastie

Acestea sunt materiale multicomponente pe bază de fibre de bor introduse într-o matrice polimerică termorezistabilă. Fibrele în sine sunt reprezentate de monofilamente, mănunchiuri, care sunt împletite cu un fir de sticlă auxiliar. Duritatea ridicată a firelor asigură rezistența și rezistența materialului la factorii agresivi, dar, în același timp, boroplasticele sunt casante, ceea ce complică prelucrarea. Fibrele de bor sunt scumpe, astfel încât domeniul de aplicare al materialelor plastice cu bor este limitat în principal la industriile aviatice și spațiale.

Organoplastie

În aceste compozite, fibrele în principal sintetice acționează ca materiale de umplutură - câlți, fire, țesături, hârtie. Printre proprietățile speciale ale acestor polimeri se remarcă densitatea scăzută, lejeritatea în comparație cu materialele plastice armate cu fibră de sticlă și carbon, rezistența ridicată la tracțiune și rezistența ridicată la impact și sarcini dinamice. Acest material compozit este utilizat pe scară largă în domenii precum inginerie mecanică, construcții navale, industria auto, în producția de tehnologie spațială și inginerie chimică.

Care este eficienta?

Materialele compozite datorită compoziției unice pot fi utilizate într-o varietate de domenii:

• în aviație în producția de avioane și piese de motoare;
• tehnologie spațială pentru producția de structuri portante ale vehiculelor care sunt încălzite;
• industria auto pentru a crea caroserii ușoare, cadre, panouri, bare de protecție;
• industria minieră în producția de instrumente de foraj;
• inginerie civilă pentru realizarea de trave de poduri, elemente de structuri prefabricate pe clădiri înalte.

Utilizarea compozitelor permite creșterea puterii motoarelor, centralelor electrice, reducând în același timp greutatea mașinilor și echipamentelor.

Care sunt perspectivele?

Potrivit reprezentanților industriei ruse, materialul compozit aparține materialelor unei noi generații. Este planificat ca până în 2020 volumele producției interne de produse din industria compozitelor să crească. Proiecte-pilot care vizează dezvoltarea materialelor compozite de nouă generație sunt deja implementate în țară.

Utilizarea compozitelor este oportună într-o varietate de domenii, dar este cea mai eficientă în industriile asociate cu înaltă tehnologie. De exemplu, azi nici unul aeronave nu este creat fără utilizarea compozitelor, iar unele dintre ele folosesc aproximativ 60% compozite polimerice.

Datorită posibilității de a combina diferite elemente de armare și matrice, este posibilă obținerea unei compoziții cu un anumit set de caracteristici. Și acest lucru, la rândul său, face posibilă utilizarea acestor materiale într-o varietate de domenii.

Materialele compozite sunt materiale formate din două sau mai multe componente care diferă ca natură sau compoziție chimică, în care componentele sunt combinate într-o singură structură monolitică cu o interfață între componente, a cărei combinație optimă face posibilă obținerea unui complex de substanțe fizico-chimice și proprietăți mecanice care diferă de un set de proprietăți ale componentelor.

Într-un sens larg, conceptul de „material compozit” include orice material cu o structură eterogenă, adică. structura formata din doua sau mai multe faze.

Natura însăși a fost primul creator de materiale compozite. Multe structuri naturale (trunchiuri de copaci, oase de animale, dinți umani etc.) au o structură fibroasă caracteristică. Se compune dintr-o substanță matriceală relativ plastică și substanțe mai dure și mai puternice sub formă de fibre. De exemplu: lemnul este o compoziție formată din mănunchiuri de fibre celulozice de înaltă rezistență cu o structură tubulară, interconectate printr-o matrice de materie organică (lignină), care conferă lemnului rigiditate transversală.

Exemple de materiale compozite pot fi formațiuni naturale precum mineralele. Nefritul - constă din cristale asemănătoare unui ac, strâns împachetate, conectate între ele la interfețe. Această structură oferă o vâscozitate ridicată a jadului și, prin urmare, diferite triburi l-au folosit ca material pentru fabricarea topoarelor.

caracteristici generale materiale compozite

Și clasificarea lor

Atenția pentru materialele compozite a crescut continuu în ultimii ani. Acest lucru se datorează faptului că posibilitatea de a îmbunătăți proprietățile mecanice ale tradiționale materiale de construcțieîn mare măsură epuizat.

Materialele compozite din punct de vedere al rezistenței și rigidității specifice, rezistenței la temperaturi ridicate, rezistenței la cedarea la oboseală și alte proprietăți depășesc semnificativ toate aliajele structurale cunoscute. Nivelul unui anumit set de proprietăți este proiectat în prealabil și implementat în procesul de fabricație a materialului.

Orez. 20.1. Rezistența și rigiditatea specifică a oțelului, titanului, aliajelor de aluminiu și compozitelor (KAS-1, VKA-1B).

Proprietățile materialelor compozite depind în principal de proprietățile fizice și mecanice ale componentelor și de rezistența legăturii dintre ele. Trăsătură distinctivă dintre aceste materiale este că ele arată avantajele componentelor și nu dezavantajele acestora. În același timp, materialele compozite au proprietăți care nu sunt posedate de componentele individuale incluse în compoziția lor. Pentru a optimiza proprietățile compoziției, sunt selectate componente cu proprietăți puternic diferite, dar complementare.

Conform compoziției lor, materialele compozite constau dintr-o bază (matrice) și o umplutură (întărire, componentă de armare).

Baza (matricea) materialelor compozite sunt metale sau aliaje, polimeri, carbon și materiale ceramice.

Matricea leagă compoziția, îi dă formă. Proprietățile matricei determină în mare măsură modurile tehnologice de obținere a materialelor compozite și caracteristici de performanță atât de importante precum: temperatura de funcționare, rezistența la rupere prin oboseală, densitatea și rezistența specifică.

Materiale compozite cu matrici combinate formate din straturi alternante (doua sau mai multe) de diferite compoziție chimică. Astfel de materiale se numesc polymatrix. Materialele Polymatrix sunt caracterizate de o listă mai extinsă proprietăți utile. De exemplu, utilizarea titanului ca matrice împreună cu aluminiul crește rezistența materialelor compozite în direcția perpendiculară pe axa fibrei. Straturile de aluminiu din matrice ajută la reducerea densității materialului.

O altă componentă este distribuită uniform în matrice, numită armătură sau componentă de armare, sau uneori umplutură. Conceptul de „întărire” înseamnă - „introdus în material pentru a modifica proprietățile”, dar nu poartă conceptul clar de „întărire”.

Componentele de armare trebuie să aibă rezistență, duritate și modul de elasticitate ridicate. În aceste proprietăți, ele sunt semnificativ superioare matricei.

Proprietățile materialelor compozite depind și de forma sau geometria, dimensiunea, cantitatea și natura distribuției umpluturii (schema de armare).

Conform formularului, materialele de umplutură sunt împărțite în trei grupuri principale:

1. Umpluturi zero-dimensionale având dimensiuni foarte mici de un ordin în trei dimensiuni (particule);

2. Umpluturi unidimensionale sunt mici în două direcții și mult mai mari în a treia dimensiune (fibre);

3. Umpluturi bidimensionale au două dimensiuni proporționale cu dimensiunea materialului compozit și o depășesc semnificativ pe a treia (plăci, țesătură).

Forma sub formă de fir a elementelor de armare are atât pozitive, cât și laturi negative. Avantajul lor este rezistența ridicată și capacitatea de a crea armături numai în direcția în care este necesară structural. Dezavantajul acestei forme este că fibrele sunt capabile să transmită sarcina doar în direcția axei lor, în timp ce în direcția perpendiculară nu există întărire, iar în unele cazuri poate apărea chiar și înmuiere.

Materialele de umplutură utilizate ca armătură ar trebui să aibă următoarele proprietăți: punct de topire ridicat, densitate scăzută, rezistență ridicată pe întregul interval de temperaturi de funcționare, procesabilitate, solubilitate minimă în matrice, rezistență chimică, fără toxicitate în timpul producției și funcționării.

Materialele compozite care conțin două sau mai multe materiale de umplutură diferite sunt numite poliarmate.

Dacă materialele compozite constau din trei sau mai multe componente, acestea se numesc hibride.

Materialele compozite sunt clasificate în funcție de mai multe caracteristici principale:

a) materialul matricei și componentele de armare;

b) structura: geometria si dispunerea componentelor;

c) modalitatea de obţinere;

d) domeniul de aplicare.

Să luăm în considerare câteva caracteristici de clasificare ale materialelor compozite.

Astăzi, constructorii acordă o mare atenție panourilor compozite. Aceste materiale avansate de ultimă generație fac posibilă crearea unui rar stil arhitectural cladire nouă. Panourile compozite sunt folosite pentru fațade care au servit mult timp. Ca urmare a aplicării lor, există o îmbunătățire semnificativă aspect cladiri.

Pot fi folosite în regiuni calde și reci datorită rezistenței lor la diferite temperaturi. Fațadele cu un astfel de material duce la crearea unui microclimat favorabil în interiorul clădirilor și, în plus, va reduce costul aerului condiționat vara și al încălzirii iarna.

Din ce sunt făcute panourile?

Panourile compozite din aluminiu sunt produse care constau din două foi de aluminiu vopsite. Structura acestui material este următoarea:

• strat de protecție dotat cu proprietăți anticorozive;
• un strat pe bază de grund;
• tablă de aluminiu de înaltă rezistență;
• material de umplutură mineral sau polimer refractar, poate fi polietilenă, poliuretan, polipropilenă, polistiren;
• un alt strat de aluminiu de înaltă rezistență;
• grund;
• un strat de lac;
• folie protectoare.

Fiecare panou este acoperit cu o compoziție specială pentru a oferi o rezistență mai mare. Toate straturile sunt conectate între ele folosind o tehnologie specială, datorită căreia produsul capătă o rezistență ridicată la delaminare. În funcție de scop, pe lângă vopsea, produsul poate fi acoperit cu un lac antirugină pe ambele sau pe o parte, ca urmare, rezistența la uzură a plăcii compozite de aluminiu crește. Produsele finite sunt produse ca o bandă continuă. Având o mare varietate dimensiunile per total foarte convenabil pentru consumatori.

Panoul compozit este realizat prin îndoirea tablelor de aluminiu.

Este de dorit ca raza de curbură să fie cea mai mică, dacă este aceeași cu grosimea plăcii, atunci produsul îndeplinește toate standardele de reglementare. În timpul procesului de producție, materialul capătă caracteristici plane precise, în timp ce straturile de protecție și de suprafață sunt aplicate uniform.

Suprafața panourilor compozite de aluminiu pentru fațadă poate copia:

• lemn;
• ipsos;
• cărămidă;
• piatră naturală.

Pe piața construcțiilor există panouri compozite din aluminiu cu efect de metal nobil, care este posibil datorită metodei de galvanizare.

Proprietățile profilului de montare

Toate profilele de montaj sunt împărțite în 3 tipuri:

• andocare deschisă;
• îmbinare cu etanșare;
• folosind un ecran rezistent la apă.

Pentru ca fațada panourilor compozite să devină mai rigidă, sunt adesea folosite elemente suplimentare. Proprietățile acestui produs sunt afectate de umplutura, care stă la baza stratului central. Producătorii la începutul fabricării unui astfel de produs au folosit material polimeric ca umplutură - polietilenă spumă.

Compozitul de aluminiu are:

• greutate mica;
• plasticitate bună;
• proprietăți bune de izolare fonică.

Dar acest tip are un dezavantaj principal, și anume că polietilena arde, susține procesul de ardere, se topește și emite fum dăunător. Astfel de deficiențe nu au foi de aluminiu cu umplutură minerală. Această spumă de polietilenă conține o cantitate semnificativă de retardanți de flacără. Datorită acestor suplimente minerale, este proprietăți fizice. În acest caz, umplutura se aprinde de la o flacără deschisă, dar dacă nu există nicio sursă de foc, se stinge imediat și, de asemenea:

• nu emana fum toxic;
• nu curge.

Producătorii din China și Europa produc inovații tehnologice - umpluturi clase A și A2. Hidroxidul de aluminiu este componenta lor de bază. Aceste compozite panouri de fatada sunt clasificate ca incombustibile. Pot rezista 2-4 ore foc deschis. Cu toate acestea, această proprietate pozitivă contribuie la faptul că produsele finite sunt greu de realizat rotunjite sau de formă neregulată. Chestia este că le lipsește plasticitatea. Panourile compozite din aluminiu sunt scumpe.

Sunt utilizate pe structuri și clădiri cu cele mai stricte cerințe de securitate la incendiu.

Aluminiul compozit cu o structură de fagure este o clasă de produse de sine stătătoare. În ei între doi table metalice există o rețea de desene de jumperi subțiri din aluminiu:

• celular;
• plasă;
• liniar.

Ele diferă:

• Rezistență la îndoit;
• greutate redusă;
• cost ridicat.

Acest soi nu are capacitatea suficientă de a absorbi zgomotul și vibrațiile. De la impact mecanic, ele sunt presate.

Principalele avantaje

Materialul compozit este disponibil în diferite culori. Produsele sunt culori solide, precum și copierea texturii materialelor naturale:

• copac;
• marmură;
• granit.

Partea frontală servește mult timp datorită vopselei aplicate. Alte proprietăți pozitive includ simplitatea diferitelor procese de prelucrare. De exemplu, datorită frezării pe suprafața panourilor de aluminiu de fațadă, puteți face deschideri tehnice. Ușurința procesării crește de câteva ori sfera de utilizare a acestuia. Designul materialului vă permite să îl convertiți în orice formă, să îndoiți și să tăiați.

Rezultatul este capacitatea de a folosi clădiri non-standard pentru decorare, în care sunt prevăzute cupole, arcade, piramide.

Fațada ventilată din panouri compozite din aluminiu are capacitatea de a atenua radiațiile electromagnetice. Alte proprietăți pozitive includ capacitatea de a proteja pereții de vânt și umiditate. Greutatea ușoară nu poate face clădirea mai grea. Când se confruntă cu un compozit, aspectul pereților va rămâne în starea inițială pentru o lungă perioadă de timp, deoarece o astfel de acoperire este rezistentă la intemperii și la influențele chimice. Datorită faptului că suprafața este netedă, praful și murdăria nu se acumulează pe ea. fatada cu balamale Este foarte avantajos să puneți compozit pe clădirile înalte, deoarece în acest caz suprafața are capacitatea de a se autocurăța.

Fațarea cu panouri compozite se realizează într-un timp scurt. Acestea vor oferi clădirii un aspect modern și elegant, îi vor oferi proprietăți estetice semnificative.

Materialele compozite reduc pierderile de căldură, sunt ecologice și nu stochează energie electrică. Ele pot rezista influențelor externe pentru o lungă perioadă de timp. Acest material este foarte rezistent la razele UV. Compozitul aproape nu reacționează la mediile agresive.

Confruntarea cu fațada instalațiilor de producție periculoase este recomandată cu acest tip de compozit.

Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că materialul are și dezavantaje. Deci produsul nu este izolator termic. Este necesar să se țină cont de caracterul său scăzut pentru reparații. În cazul în care placarea panourilor compozite este deteriorată, atunci este destul de dificil de reparat. Dacă trebuie să înlocuiți caseta, va trebui să le schimbați pe cele din apropiere. Cu un material compozit de proastă calitate, placa se poate delamina, iar apoi se formează bule pe fațadă.

Domenii de utilizare a panourilor din aluminiu

În zilele noastre, fațadele ventilate din panouri compozite sunt foarte populare. Exterioare ale tuturor tipurilor de structuri - aceasta este cea mai comună zonă de aplicare. Fațada compozită este formată din panouri multistrat din aluminiu care sunt utilizate pentru placarea exterioară a clădirilor.

Fațada ventilată, finisată cu compozit, capătă un aspect modern unic. Dacă există și un încălzitor, puteți obține economii tangibile energie electrica fără a suporta costuri suplimentare pentru consolidarea fundației și a pereților portanti.

Instalarea fațadelor ventilate este simplă datorită faptului că este posibil să se instaleze panouri pe pereții din material diferit. Nu este nevoie să le pregătiți în prealabil, ceea ce înseamnă că puteți economisi mult. bani gheata. O fațadă ventilată ușoară, ușoară, realizată din materiale compozite, face posibilă transformarea în realitate a ideii oricărui designer.

Acest material se găsește adesea în spațiul intern al instituțiilor publice în:

• centre de cumparaturi;
• spitale;
• policlinici;
• aeroporturi;
• stații;
• showroom-uri auto;
• scoli.

Acestea sunt locuri în care este necesar un material durabil, care poate rezista utilizării continue într-o stare neschimbată. Pe lângă fațadele ventilate, compozitul este folosit în alte locuri. Este adesea folosit în restaurarea unei clădiri, construcția de structuri neobișnuite pentru publicitate exterioară, construcția de structuri temporare ușoare. Adesea, panourile compozite de aluminiu sunt implicate în construcția diferitelor cornișe decorative, corbele, exterior plafoane suspendate, în căptușeala coloanelor.

Fațadele din compozit vă permit să creați un stil arhitectural modern. Și toate acestea au fost posibile datorită greutății reduse, ușurinței de manipulare, flexibilitate crescută si varietate de culori.

1. Materialele compozite sau compozite sunt materialele viitorului.

După ce fizica modernă a metalelor ne-a explicat în detaliu motivele plasticității, rezistenței și creșterii lor, a început o dezvoltare sistematică intensă a noilor materiale. Acest lucru va duce, probabil, într-un viitor imaginabil, la crearea unor materiale cu o rezistență de multe ori mai mare decât cea a aliajelor convenționale de astăzi. În acest caz, se va acorda multă atenție mecanismelor deja cunoscute de întărire și îmbătrânire a aliajelor de aluminiu, combinații ale acestor mecanisme cunoscute cu procesele de formare și numeroase posibilități de realizare a materialelor combinate. Două căi promițătoare sunt deschise de materialele compozite întărite fie cu fibre, fie cu solide dispersate. Mai întâi, cele mai subțiri fibre de înaltă rezistență din sticlă, carbon, bor, beriliu, oțel sau monocristale sunt introduse într-o matrice de metal anorganic sau polimer organic. Ca rezultat al acestei combinații, rezistența maximă este combinată cu un modul ridicat de elasticitate și densitate scăzută. Materialele compozite sunt astfel de materiale ale viitorului.

Material compozit - un material structural (metalic sau nemetalic) în care există elemente de armare sub formă de fire, fibre sau fulgi de mai mult material rezistent. Exemple de materiale compozite: plastic armat cu bor, carbon, fibre de sticlă, câlți sau țesături pe bază de acestea; aluminiu armat cu filamente de otel, beriliu. Prin combinarea conținutului de volum al componentelor, este posibil să se obțină materiale compozite cu valorile cerute de rezistență, rezistență la căldură, modul de elasticitate, rezistență la abraziune și, de asemenea, să se creeze compoziții cu necesarul magnetic, dielectric, radioabsorbant și altele speciale. proprietăți.

2. Tipuri de materiale compozite.

2.1. Materiale compozite cu matrice metalică.

Materialele compozite sau materialele compozite sunt compuse din matrice metalică(de obicei Al, Mg, Ni și aliajele acestora), întărite cu fibre de înaltă rezistență (materiale fibroase) sau particule refractare fin dispersate care nu se dizolvă în metalul de bază (materiale întărite prin dispersie). Matricea metalică leagă fibrele (particulele dispersate) într-un singur întreg. Fibrele (particule dispersate) plus un liant (matrice) care alcătuiesc o anumită compoziție se numesc materiale compozite.

2.2. Materiale compozite cu matrice nemetalica.

Materialele compozite cu o matrice nemetalica au gasit o aplicatie larga. Materialele polimerice, carbon și ceramice sunt utilizate ca matrici nemetalice. Dintre matricele polimerice, cele mai utilizate sunt epoxidice, fenol-formaldehidă și poliamidă.
Matrice de carbon cocsificat sau pirocarbon obținut din polimeri sintetici supuși pirolizei. Matricea leagă compoziția, dându-i o formă. Întăritorii sunt fibre: sticlă, carbon, bor, organice, pe bază de mustăți (oxizi, carburi, boruri, nitruri și altele), precum și metal (sârme), care au rezistență și rigiditate ridicate.

Proprietățile materialelor compozite depind de compoziția componentelor, combinația lor, raportul cantitativ și rezistența legăturii dintre ele.
Materialele de armare pot fi sub formă de fibre, câlți, fire, benzi, țesături multistrat.

Conținutul de întăritor în materiale orientate este de 60-80 vol. %, în neorientat (cu fibre și mustăți discrete) - 20-30 vol. %. Cu cât rezistența și modulul de elasticitate al fibrelor sunt mai mari, cu atât rezistența și rigiditatea materialului compozit sunt mai mari. Proprietățile matricei determină rezistența compoziției la forfecare și compresiune și rezistența la rupere prin oboseală.

În funcție de tipul de întăritor, materialele compozite sunt clasificate ca fibre de sticlă, fibre de carbon cu fibre de carbon, fibre de bor și fibre organo.

În materialele laminate, fibrele, firele, benzile impregnate cu un liant sunt așezate paralel între ele în planul de așezare. Straturile plate sunt asamblate în plăci. Proprietățile sunt anizotrope. Pentru lucrul materialului din produs, este important să se țină cont de direcția sarcinilor care acționează. Puteți crea materiale atât cu proprietăți izotrope, cât și cu proprietăți anizotrope.
Puteți așeza fibrele în unghiuri diferite, variind proprietățile materialelor compozite. Rigiditatea la încovoiere și la torsiune a materialului depinde de ordinea de așezare a straturilor de-a lungul grosimii pachetului.

Se folosește așezarea elementelor de armare din trei, patru sau mai multe fire.
Structura a trei fire reciproc perpendiculare are cea mai mare aplicație. Întăritorii pot fi amplasați în direcții axiale, radiale și circumferențiale.

Materialele tridimensionale pot fi de orice grosime sub formă de blocuri, cilindri. Țesăturile voluminoase cresc rezistența la rupere și rezistența la forfecare în comparație cu țesăturile stratificate. Un sistem de patru fire este construit prin extinderea agentului de armare de-a lungul diagonalelor cubului. Structura a patru fire este echilibrată, are o rigiditate crescută la forfecare în planurile principale.
Cu toate acestea, crearea de materiale cu patru direcții este mai dificilă decât materialele cu trei direcții.

3. Clasificarea materialelor compozite.

3.1. Materiale compozite fibroase.

Adesea, materialul compozit este o structură stratificată în care fiecare strat este întărit cu un număr mare de fibre paralele continue. Fiecare strat poate fi, de asemenea, întărit cu fibre continue țesute într-o țesătură, care este forma originală, corespunzătoare ca lățime și lungime materialului final. Nu este neobișnuit ca fibrele să fie țesute în structuri tridimensionale.

Materialele compozite diferă de aliajele convenționale prin valori mai mari ale rezistenței la tracțiune și ale limitei de anduranță (cu 50-10%), modul de elasticitate, coeficient de rigiditate și susceptibilitate mai mică la fisurare. Utilizarea materialelor compozite crește rigiditatea structurii, reducând în același timp consumul de metal.

Rezistența materialelor compozite (fibroase) este determinată de proprietățile fibrelor; matricea ar trebui să redistribuie în principal tensiunile între elementele de armătură. Prin urmare, rezistența și modulul de elasticitate al fibrelor trebuie să fie semnificativ mai mari decât rezistența și modulul de elasticitate al matricei.
Fibrele rigide de armare percep tensiunile apărute în compoziția sub încărcare, îi conferă rezistență și rigiditate în direcția de orientare a fibrei.

Pentru consolidarea aluminiului, magneziului și aliajelor acestora se folosesc fibre de bor, precum și fibre din compuși refractari (carburi, nitruri, boruri și oxizi), care au rezistență și modul de elasticitate ridicat. Adesea, sârma de oțel de înaltă rezistență este folosită ca fibre.

Pentru a consolida titanul și aliajele sale, se utilizează sârmă de molibden, fibre de safir, carbură de siliciu și borură de titan.

O creștere a rezistenței la căldură a aliajelor de nichel se realizează prin întărirea acestora cu sârmă de wolfram sau molibden. Fibrele metalice sunt de asemenea utilizate în cazurile în care este necesară o conductivitate termică și electrică ridicată. Întăritorii promițători pentru materialele compozite fibroase de înaltă rezistență și modul înalt sunt mustații din oxid și nitrură de aluminiu, carbură și nitrură de siliciu, carburabor etc.

Materialele compozite pe bază de metal au rezistență ridicată și rezistență la căldură, în același timp au plasticitate scăzută. Cu toate acestea, fibrele din materialele compozite reduc rata de propagare a fisurilor care inițiază în matrice, iar fractura bruscă fragilă dispare aproape complet. O trăsătură distinctivă a materialelor compozite fibroase uniaxiale este anizotropia proprietăților mecanice de-a lungul și peste fibre și sensibilitatea scăzută la concentratorii de tensiuni.

Anizotropia proprietăților materialelor fibroase compozite este luată în considerare la proiectarea pieselor pentru optimizarea proprietăților prin potrivirea câmpului de rezistență cu câmpurile de tensiuni.

Întărirea aliajelor de aluminiu, magneziu și titan cu fibre refractare continue de bor, carbură de siliciu, doborură de titan și oxid de aluminiu crește semnificativ rezistența la căldură. O caracteristică a materialelor compozite este rata scăzută de înmuiere în timp odată cu creșterea temperaturii.

Principalul dezavantaj al materialelor compozite cu armătură monodimensională și bidimensională este rezistența scăzută la forfecare interlaminară și forfecare transversală. Materialele cu armare volumetrică sunt lipsite de acest lucru.

3.2. Materiale compozite întărite prin dispersie.

Spre deosebire de materialele compozite fibroase, în materialele compozite întărite cu dispersie, matricea este principalul element portant, iar particulele dispersate încetinesc mișcarea dislocațiilor în ea.
Rezistența ridicată este obținută cu o dimensiune a particulelor de 10-500 nm cu o distanță medie între ele de 100-500 nm și distribuția lor uniformă în matrice.
Rezistența și rezistența la căldură, în funcție de conținutul de volum al fazelor de întărire, nu respectă legea aditivității. Conținutul optim al fazei a doua pentru diferite metale nu este același, dar de obicei nu depășește 5-10 vol. %.

Utilizarea compușilor refractari stabili (oxizi de toriu, hafniu, ytriu, compuși complecși ai oxizilor și metalelor pământurilor rare) care sunt insolubili în metalul matricei ca faze de întărire permite menținerea rezistenței ridicate a materialului până la 0,9-0,95 T. În legătură cu aceasta, astfel de materiale sunt adesea folosite ca rezistente la căldură. Materialele compozite întărite prin dispersie pot fi obținute pe baza majorității metalelor și aliajelor utilizate în inginerie.

Cele mai utilizate aliaje pe bază de aluminiu - SAP (pulbere de aluminiu sinterizat).

Densitatea acestor materiale este egală cu densitatea aluminiului, nu sunt inferioare acestuia ca rezistență la coroziune și pot chiar înlocui titanul și oțelurile rezistente la coroziune atunci când funcționează în intervalul de temperatură de 250-500 °C. În ceea ce privește rezistența pe termen lung, acestea sunt superioare aliajelor de aluminiu forjat. Rezistența pe termen lung pentru aliajele SAP-1 și SAP-2 la 500°C este de 45-55 MPa.

Perspective mari pentru materialele întărite cu dispersie de nichel.
Aliaje pe bază de nichel cu 2-3 vol. % dioxid de toriu sau dioxid de hafniu. Matricea acestor aliaje este de obicei o soluție solidă de Ni + 20% Cr, Ni + 15% Mo, Ni + 20% Cr și Mo. Aliajele VDU-1 (nichel întărit cu dioxid de toriu), VDU-2 (nichel întărit cu dioxid de hafniu) și VD-3 (Matrice Ni + 20% Cr întărită cu oxid de toriu) au primit o aplicare largă. Aceste aliaje au o rezistență ridicată la căldură. Materialele compozite întărite prin dispersie, precum și cele fibroase, sunt rezistente la înmuiere odată cu creșterea temperaturii și timp de menținere la o anumită temperatură.

3.3. Fibra de sticla.

Fibra de sticlă este o compoziție constând dintr-o rășină sintetică, care este un liant, și un material de umplutură din fibră de sticlă. Ca umplutură se folosește fibră de sticlă continuă sau scurtă. Rezistența fibrei de sticlă crește brusc odată cu scăderea diametrului acesteia (datorită influenței neomogenităților și fisurilor care apar în secțiuni groase). Proprietățile fibrei de sticlă depind și de conținutul de alcali din compoziția sa; cea mai bună performanță a sticlelor fără alcali din compoziție de aluminoborosilicat.

Fibrele de sticlă neorientate conțin o fibră scurtă ca umplutură. Acest lucru permite presarea pieselor. formă complexă, cu armături metalice. Materialul este obținut cu caracteristici de rezistență izotopică mult mai mari decât cele ale pulberilor de presare și chiar ale fibrelor. Reprezentanții unui astfel de material sunt fibrele de sticlă AG-4V, precum și DSV (fibre de sticlă măsurate), care sunt utilizate pentru fabricarea de piese electrice de putere, piese de inginerie mecanică (bobine, garnituri de pompe etc.). Când se utilizează poliesteri nesaturați ca liant, se obțin premixuri PSK (pastos) și preimpregnate AP și PPM (pe bază de covor de sticlă). Preimpregnatele pot fi folosite pentru produse mari forme simple(caroserii auto, bărci, cutii instrumente etc.).

Fibra de sticlă orientată are o umplutură sub formă de fibre lungi dispuse în fire separate orientate și lipite cu grijă împreună cu un liant. Acest lucru oferă fibră de sticlă cu rezistență mai mare.

Fibra de sticlă poate funcționa la temperaturi de la -60 la 200 ° C, precum și în condiții tropicale, rezista la suprasarcini inerțiale mari.
La îmbătrânire timp de doi ani, coeficientul de îmbătrânire K = 0,5-0,7.
Radiațiile ionizante au un efect redus asupra proprietăților lor mecanice și electrice. Sunt folosite pentru a produce piese de înaltă rezistență, cu fitinguri și filete.

3.4. Fibre de carbon.

Fibrele de carbon (materiale plastice de carbon) sunt compoziții formate dintr-un liant polimeric (matrice) și agenți de întărire sub formă de fibre de carbon (fibre de carbon).

Energia mare de legătură C-C a fibrelor de carbon le permite să-și mențină rezistența la foarte mult temperaturi mari(în medii neutre și reducătoare până la 2200 °C), precum și la temperaturi scăzute. Protejează fibrele de oxidare acoperiri de protectie(pirolitic). Spre deosebire de fibrele de sticlă, fibrele de carbon sunt slab umezite de un liant.
(energie de suprafață scăzută), deci sunt gravate. Aceasta crește gradul de activare al fibrelor de carbon prin conținutul de grupare carboxil de pe suprafața lor. Rezistența la forfecare interlaminară a fibrei de carbon crește de 1,6-2,5 ori. Se folosește whiskerizarea cristalelor de whisker TiO, AlN și SiN, ceea ce oferă o creștere a rigidității interstraturilor de 2 ori și a rezistenței de 2,8 ori. Sunt folosite structuri armate spațial.

Lianții sunt polimeri sintetici (fibre de carbon polimerice); polimeri sintetici supusi pirolizei (fibre de carbon cocsificat); carbon pirolitic (fibre de carbon pirocarbon).

Fibrele de carbon epoxifenolice KMU-1l, întărite cu bandă de carbon, și KMU-1u pe câlți, viscerizate cu cristale de mustăți, pot funcționa mult timp la temperaturi de până la 200 °C.

Carbofibrele KMU-3 și KMU-2l sunt obținute pe un liant epoxianilino-formaldehidă, pot fi operate la temperaturi de până la 100 ° C, sunt cele mai avansate din punct de vedere tehnologic. Fibre de carbon KMU-2 și
KMU-2l pe bază de liant poliimid poate fi utilizat la temperaturi de până la
300 °C.

Fibrele de carbon se disting prin rezistență la oboseală statică și dinamică ridicată, păstrează această proprietate la temperaturi normale și foarte scăzute (conductivitatea termică ridicată a fibrei împiedică autoîncălzirea materialului datorită frecării interne). Sunt rezistente la apă și substanțe chimice. După expunerea la raze X în aer, E și E aproape nu se schimbă.

Conductivitatea termică a fibrei de carbon este de 1,5-2 ori mai mare decât conductivitatea termică a fibrei de sticlă. Au următoarele proprietăți electrice: = 0,0024-0,0034 Ohm cm (de-a lungul fibrelor); ? \u003d 10 și tg \u003d 0,001 (la o frecvență curentă de 10 Hz).

Fibrele de carboglass contin, alaturi de fibre de sticla de carbon, ceea ce reduce costul materialului.

3.5. Fibră de carbon cu matrice de carbon.

Materialele de cocsificare sunt obținute din fibre de carbon polimerice convenționale supuse pirolizei într-o atmosferă inertă sau reducătoare. La o temperatură de 800-1500 °C se formează cele carbonizate carbonizate; la 2500-3000 °C se formează fibre de carbon grafitizate. Pentru a obține materiale pirocarbonate, întăritorul este așezat după forma produsului și introdus într-un cuptor în care se trece o hidrocarbură gazoasă (metan). Sub un anumit regim (temperatura 1100 ° C și presiune reziduala 2660 Pa), metanul se descompune și carbonul pirolitic rezultat se depune pe fibrele agentului de întărire, legându-le.

Cocsul format în timpul pirolizei liantului are o putere mare de aderență la fibra de carbon. În acest sens, materialul compozit are proprietăți mecanice și ablative ridicate, rezistență la șoc termic.

Fibră de carbon cu o matrice de carbon de tip KUP-VM din punct de vedere al rezistenței și puterea impactului De 5-10 ori superior grafiților speciali; atunci când este încălzit într-o atmosferă inertă și vid, își păstrează rezistența până la 2200
°C, se oxidează în aer la 450 °C și necesită un strat protector.
Coeficientul de frecare al unei fibre de carbon cu o matrice de carbon este altfel ridicat (0,35-0,45), iar uzura este redusă (0,7-1 microni pentru frânare).

3.6. Fibre de bor.

Fibrele de bor sunt compoziții dintr-un liant polimeric și un agent de întărire - fibrele de bor.

Fibrele de bor se disting prin rezistență ridicată la compresiune, forfecare, fluaj scăzut, duritate mare și modul de elasticitate, conductivitate termică și electrică. Microstructura celulară a fibrelor de bor oferă o rezistență ridicată la forfecare la interfața cu matricea.

Pe lângă fibra de bor continuă, se utilizează sticlă de bor complexă, în care mai multe fibre de bor paralele sunt împletite cu fibră de sticlă, ceea ce conferă stabilitate dimensională. Utilizarea fibrelor de sticlă cu bor facilitează procesul tehnologic de fabricare a materialului.

Lianții epoxidici și poliimidi modificați sunt utilizați ca matrici pentru obținerea fibrei de bor. Fibre de bor KMB-1 și
KMB-1k sunt concepute pentru muncă îndelungată la o temperatură de 200 °C; KMB-3 și KMB-3k nu necesită presiune ridicataîn timpul procesării și poate funcționa la o temperatură care nu depășește 100 ° C; KMB-2k este operațional la 300 °C.

Fibrele de bor au o rezistență ridicată la oboseală, sunt rezistente la radiații, apă, solvenți organici și combustibili și lubrifianți.

3.7. Fibre organice.

Fibrele organice sunt materiale compozite formate dintr-un liant polimeric și agenți de întărire (umpluturi) sub formă de fibre sintetice. Astfel de materiale au o greutate redusă, rezistență specifică și rigiditate relativ ridicată și sunt stabile sub acțiunea sarcinilor alternative și a unei schimbări bruște a temperaturii. Pentru fibrele sintetice, pierderea rezistenței în timpul prelucrării textilelor este mică; sunt mai puțin sensibili la daune.

Pentru fibrele de organe, valorile modulului de elasticitate și coeficienții de temperatură expansiune liniarăîntăritorul și liantul sunt aproape.
Există o difuzie a componentelor liantului în fibră și interacțiune chimică între ele. Structura materialului este lipsită de defecte. Porozitatea nu depășește 1-3% (în alte materiale 10-20%). De aici stabilitatea proprietăților mecanice ale fibrelor organo cu o scădere bruscă a temperaturii, acțiunea șocurilor și a sarcinilor ciclice. Rezistența la impact este mare (400-700 kJ/m²). Dezavantajul acestor materiale este rezistența la compresiune relativ scăzută și fluajul mare (în special pentru fibre elastice).

Fibrele organice sunt stabile în medii agresive și într-un climat tropical umed; proprietățile dielectrice sunt ridicate și conductivitatea termică este scăzută. Majoritatea fibrelor organoleptice pot funcționa mult timp la o temperatură de 100-150 °C și pe bază de liant poliimid și fibre de polioxadiazol - la o temperatură de 200-300 °C.

În materialele combinate, alături de fibrele sintetice, se folosesc fibre minerale (sticlă, fibre de carbon și fibre de bor). Astfel de materiale au o rezistență și o rigiditate mai mare.

4. Eficiența economică a utilizării materialelor compozite.

Domeniile de aplicare ale materialelor compozite nu sunt limitate. Ele sunt utilizate în aviație pentru părțile puternic încărcate ale aeronavei (piele, lățișoare, nervuri, panouri etc.) și motoare (pale de compresor și turbine etc.), în tehnologia spațială pentru unitățile de structuri portante ale vehiculelor supuse încălzirii , pentru elemente de rigidizare, panouri , în industria auto pentru ușurarea caroseriei, arcuri, cadre, panouri caroserie, bare de protecție, etc., în industria minieră (unelte de foraj, piese de combine etc.), în construcții civile (traveți de poduri, elemente de structuri prefabricate ale clădirilor înalte etc.) etc.) şi în alte domenii ale economiei naţionale.

Utilizarea materialelor compozite oferă un nou salt calitativ în creșterea puterii motoarelor, a puterii și a instalațiilor de transport, reducerea greutății mașinilor și dispozitivelor.

Tehnologia de obținere a semifabricatelor și a produselor din materiale compozite este bine dezvoltată.

Materialele compozite cu matrice nemetalica, si anume fibrele de carbon polimerice, sunt utilizate in industria constructiei navale si a industriei auto (caroserii, sasiu, elice); Din ele sunt realizate rulmenti, panouri de incalzire, echipamente sportive, piese de calculator. Fibrele de carbon cu modul înalt sunt utilizate pentru fabricarea pieselor de aeronave, echipamente pentru industria chimică, în echipamente cu raze X si un prieten.

Fibra de carbon cu matrice de carbon înlocuiește diferite tipuri de grafit. Se folosesc pentru protectie termica, discuri de frana aeronavelor, echipamente rezistente la substante chimice.

Produsele din fibre de bor sunt utilizate în domeniul aviației și al tehnologiei spațiale (profile, panouri, rotoare și palete de compresor, pale de elice și arbori de transmisie ai elicopterelor etc.).

Organofibrele sunt utilizate ca material structural izolant în industria electrică și radio, în tehnologia aviației și în ingineria auto; țevi, recipiente pentru reactivi, acoperiri pentru corpul navei și multe altele sunt fabricate din acestea.

Anunturile de cumparare si vanzare de echipamente pot fi vizualizate la adresa

Puteți discuta despre avantajele claselor de polimeri și proprietățile acestora la

Înregistrați-vă compania în Directorul de afaceri

Introducere. 2

1. Informatii generale despre materiale compozite.. 3

2. Compoziția și structura compozitului .. 5

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

3.1. Materiale compozite cu o matrice metalică 10

3.2. Materiale compozite cu matrice nemetalica 10

4. Materiale de constructii - 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

Materialul compozit este un material solid eterogen 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. 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 ridicată 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. rezistența și modulul de elasticitate sunt de 2-5 ori mai mari decât cele ale materialelor și aliajelor structurale convenționale. 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 într-o 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, constantă a dimensiunilor la 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 rezistență ridicată 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 acesta. prelucrarea normală a lingourilor în produse. Introducerea, de exemplu, a ThO2 sau ZrO2 în aliaj face posibilă obținerea de aliaje rezistente la căldură întărite prin 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 găsite în cristalele mai mari și au 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 larg alege 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. - pana la 250-400°C. 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 masei 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.