Строение композитов

Композиционные материалы

Лекция 23

Композиционные материалы(композиты) – это новый класс легких и высокопрочных материалов с большим сопротивлением развитию трещины.

По удельной прочности и удельной жесткости композиты превосходят все обычные конструкционные материалы. Кроме того, они сохраняют высокую прочность при повышенных температурах, хорошо сопротивляются усталостному разрушению.

Композиты – сложные материалы, в состав которых входят сильно отличающиеся по свойствам, не растворимые друг в друге компоненты, разделенные ярко выраженной границей.

Сам принцип создания композитов заимствован у природы: стволы деревьев состоят из жестких волокон целлюлозы и мягкого лигнина, кости человека и животных строятся из жестких нитей фосфатных солей и мягкого, вязкого белка коллагена.

Свойства композиционных материалов (КМ) зависят от свойств компонентов и прочности связи между ними. Отличительная особенность: композиты проявляют достоинства компонентов, а не их недостатки. Вдобавок появляются свойства, которых не имели отдельно взятые компоненты. Поэтому для создания композитов выбирают компоненты с дополняющими друг друга свойствами.

Композиционный материал состоит из основы, или матрицы (металлической или полимерной) и наполнителя, или армирующего компонента.

Матрица связывает материал в единое целое, придает ему форму. От свойств матрицы зависят технология получения материала, рабочая температура, удельная прочность σ _в/ γ, предел усталости σ _-1.

Наполнитель равномерно распределяется в матрице в определенном порядке. Наполнитель воспринимает нагрузку, поэтому должен иметь высокие прочность, твердость, модуль упругости.

Матрица распределяет нагрузку между частицами наполнителя, защищает их поверхность и повышает энергию распространения трещины, предупреждая хрупкое разрушение. Сама матрица не упрочняется, и в этом отличие композитов от металлических сплавов.

По форме наполнители могут быть нуль-мерными, одномерными и двумерными (см. рис. 116).

Композиционные материалы, упрочненные мелкими частицами наполнителя, называют дисперсно-упрочненными. Композиты, содержащие волокна, – волокнистыми. Двумерные наполнители применяются, в основном, в полимерных композитах.

а б в

Рис. 116. Форма наполнителей в композиционных материалах:

а – частицы; б – волокна; в – пластины, листы, ткань

Дата добавления: 2014-01-11