Металлические матрицы

Наиболее широко а качестве матричного материала для КМ используются алюминиевые сплавы, что объясняется удачным сочетанием в них физико - механических и технологических свойств. Алюминий имеет плотность 2700 кг/м³ температуру плавления 1053 К, химически инертен к большинству волокнистых материалов, применяемых для производства КМ.

Сплавы алюминия способны подвергаться разнообразным видам пластического деформирования, литья, операциям порошковой металлургии, на которых и основываются различные способы изготовления изделий из композитов на металлической матрице.

По технологическому признаку алюминиевые матрицы можно разделить на несколько типов: деформируемые, литейные, порошковые.

К деформируемым алюминиевым сплавам относятся неупрочняемые термической обработкой алюминиево-магниевые и алюминиево-марганцевые сплавы марок АМг, АМц и др. Эти сплавы обладают хорошей пластичностью, но сравнительно невысокой прочностью. Большую механическую прочность имеют упрочняемые термической обработкой дуралюмины (Д1, Д6, Д16 и др.).

Распространенными литейными сплавами являются силумины. Обладающие хорошими литейными свойствами. В то же время эти сплавы малопластичные, имеют низкие ударную вязкость и теплостойкость.

Жаропрочной матрицей является материал типа САП (спеченный алюминиевый порошок), который получается методом порошковой металлургии. САП при температуре 773 К сохраняет прочность при растяжении порядка 80... 120 МПа. Такие свойства материал получает за счет упрочнения его оксидом алюминия (от 6 до 17%).

Лекция 4. ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (ПКМ)

Важнейшим и из композитов являются КМ с полимерной матрицей, упрочненной волокном. Многообразие армирующих волокон и полимерных связующих, а также схем армирования позволяет направленно регулировать свойства ПКМ, наиболее полно отвечающие характеру и условиям работы конструкций из них.

В отношении способа армирования можно выделить две основные группы материалов:

1 композиты, образованные из слоев, образованных параллельными непрерывными волокнами.

2 композиты, армированные тканями.

Композиты, армированные однонаправленными наполнителями. Конструкция, изготовленная из КМ, представляет, как правило, многослойную волокнистую систему, в которой каждый слой состоит из однонаправленных жгутов, лент, нитей и т. п., расположенных относительно друг друга определенным способом. При проектировании изделий из КМ рассчитывают углы укладки армирующих волокон в каждом слое. согласуя поле напряжений и деформаций в изделии с полем механических характеристик КМ. При этом учитывают, что наиболее высокие показатели механических характеристик КМ достигаются, когда напряжения в конструкции действуют вдоль волокон, а наименьшие - поперек волокон. Механические и другие свойства изделий со сложной схемой армирования поддаются расчету и определяются свойствами отдельных однонаправленных слоев, их толщиной, заданным углом ориентации волокон в каждом слое и структурой всего пакета.

Большинство однонаправленных КМ при сжатии в направлении вдоль волокон ведут себя как упругие тела, подчиняющиеся закону Гука вплоть до разрушения материала. Модули упругости при растяжении и сжатии таких материалов имеют одинаковое значение. У большинства ПКМ прочность при растяжении выше, чем при сжатии, за исключением боропластиков. Основной недостаток рассматриваемых ПКМ - их низкие механические свойства при поперечном нагружении и сдвиге, обусловленные недостаточной прочностью матрицы и связи на границе раздела компонентов.

Композиты, армированые тканями. Большинство применяемы волокон (исключение составляют борные волокна) в результате текстильной переработки позволяют получить ткани, которые широко используются в КМ в качестве армирующих наполнителей. Основным преимуществом тканых материалов является простота их использования.

В производстве композитов на основе тканей применяются, как правило ткани полотняного и сатинового переплетения. В конструкциях, подверженных значительным, межслойным сдвиговым нагрузкам, хорошо зарекомендовали себя ткани объемного плетения, состоящие из нескольких слоев, последовательно объединяемых общими нитями. Такие структуры показаны на рисунке 1. 7.

Ткани вырабатываются из текстильных крученных нитей и жгутов и характеризуются схемой плетения, плотностью нитей на единицу длины и ширины, массой единицы площади, а также некоторыми другими параметрами. Механические свойства композитов, армированных тканями, зависят как от типа волокон, вида плетения, так и от соотношения волокон по основе и утоку ткани.

Рис.1.7. Расположение нитей основы в тканях различного плетения однослойных

(а- полотняного, б- сатинового) и многослойных (в-с соединением соседних слоев в процессе ткачества, г-с соединением всех слоев ткани перевязочной нитью основы)

Типовые свойства КМ на основе тканых наполнителей различного переплетения представлены в таблице 7

Таблица 7

Свойства КМ, армированных различными тканями

Марка ткани	Вид пере-пле-тения	Толщи-на ткани, мм	Плот-ность, кг/м^3	Содержа-ние свя- зующих, мас, %	Прочность при растяжении, МПа	Модули упругости при растяж. МПа
основа	уток	основа	уток
Стеклоткань АСТТ(б)-С (фелофоформальгид-ное связующие)	сати-новое 8/3	0,35		38,8			26,6
Стеклоткань Т (полиэфирное связующее)	полот-няное	0,27		27,1
Стеклоткань МТБС-2,5 (полиэфирное связующее)	много-слой-ное	2,5		31,5				17,7
Марка ткани	Вид пере-пле-тения	Толщи-на ткани, мм	Плот-ность, кг/м^3	Сод.связующих, мас, %	Прочность при растяжении, МПа	Модули упругости при растяж. МПа
основа	уток	основа	уток
Углеткань П-5-13 (фенолоформальдегид-ное связующие)	>>	3,0		32,5				13,5
Арамидная ткань (Кевлар-49) 181 (эпоксидное связуюшие)	Cати-новое 5/3	0,35					27,6	21,5

Дата добавления: 2014-01-20