Принципы построения композиционных материалов. Керамические непрерывные и дискретные волокна: стеклянные, кремниевые, борные, карбидокремниевые. Методы получения, свойства

Общепедагогические методы, используемые в физическом воспитании

Соревновательный метод

Соревновательный метод — это способ выполнения упражнений в форме соревнований. Сущность метода заключается в использовании соревнований в качестве средства повышения уровня подготовленности занимающихся. Обязательным условием соревновательного метода является подготовленность занимающихся к выполнению тех упражнений, в которых они должны соревноваться.

В практике физического воспитания соревновательный метод

1) в виде официальных соревнований различного уровня (Олимпийские игры, чемпионаты мира по различным видам спорта, первенство страны, города, отборочные соревнования и т.п.

2) как элемент организации урока, любого физкультуоно – спортивного

3) занятия, включая и спортивную тренировку

Соревновательный метод позволяет:

- стимулировать максимальное проявление двигательных способностей и выявлять уровень их развития;

- выявлять и оценивать качество владения двигательными действиями;

- обеспечивать максимальную физическую нагрузку;

- содействовать воспитанию волевых качеств.

В физическом воспитании широко применяются методы общей педагогики, в частности методы использования слова (словесные методы) и методы обеспечения наглядности (наглядные методы).

Применение общепедагогических методов в физическом воспитании зависит от содержания учебного материала, дидактических целей, функции, подготовки занимающихся, их возраст, особенностей личности и подготовки преподавателя-тренера наличия материально – технической базы, возможностей ее использования.

Композиционный материал (далее композит) состоит из матрицы одного материала с распределенными в ней заданным образом волокнами или дисперсными частицами другого материала. Такое распределение называют армированием.

По характеру распределения армирующего материала композиты можно разделить на два основных класса:

· композиты с упорядоченным армированием;

· композиты с неупорядоченным армированием.

В первом случае разработчик материала заранее задается конфигурацией, т.е. геометрической структурой распределения арматуры в матрице. Во втором случае распределение арматуры носит случайный, хаотический характер.

Композиционные материалы обоих классов можно разделить еще по типу материалов, используемых в качестве матриц, и армирующих материалов. И те, и другие материалы могут быть полимерами, керамикой или металлами.

основная цель построения конструкционного композита— сохранение прочности волокон в его матрице. Основную же цель построения неконструкционных композитов в общем виде можно сформулировать как улучшение заданного свойства по сравнению с этим же свойством матрицы и волокна в отдельности.

Стекловолокно́ (стеклонить) — волокно или комплексная нить, формуемые из стекла. В такой форме стекло демонстрирует необычные для стекла свойства: не бьётся и не ломается, а вместо этого легко гнётся без разрушения. Это позволяет ткать из него - стеклоткань.

СТЕКЛЯННОЕ ВОЛОКНО (стекловолокно), искусственное волокно, формуемое из расплавл. неорг. стекла. Различают непрерывное стеклянное волокно-комплексные стеклянные нити длиной 20 км (и более), диаметром мононитей 3-50 мкм, и штапельное стеклянное волокно-длиной 1-50 см, диаметром волокон 0,1-20 мкм.

Получение. Непрерывное стеклянное волокно получают фильерным формованием пучка тонких мононитей из расплавл. стекломассы с послед., вытяжкой, замасливанием и намоткой комплексной нити на бобину при высоких (10-100 м/с) линейных скоростях. Штапельное стеклянное волокно формуют путем разрыва струи расплавл. стекла после выхода из фильеры воздухом, паром, горячими газами или др. методами. Его также получают разрубанием комплексных нитей.

Из непрерывного стеклянного волокна делают крученые комплексные нити, однонаправленные ленты, жгуты. Комплексные стеклянные нити различают по составу стекла, среднему диаметру волокна (3-15 мкм или более), числу элементарных нитей (50-800), крутке. Из крученой нити изготовляют ткани, сетки, ленты на ткацких станках. Стеклянные ткани различают по виду переплетения (полотняное, саржевое, сатиновое и др.) и плотности (числу нитей на 1 см по основе и утку). Их ширина варьирует в пределах 500-1200 мм, толщина-0,017-25 мм, масса 1 м²-25-5000 г. Жгуты и ленты получают соединением 10-60 комплексных нитей. Штапельные стеклянные волокна и пряди нитей, срезанные с бобин (длина 0,3-0,6 м), используют для изготовления стекловаты, холстов, матов, плит. Холсты, полученные из рубленого стекловолокна или непрерывных нитей, обычно скрепляют смолами или мех. прошивкой.

Состав и свойства стеклянного волокна определяются составом и св-вами волокнообразующего стекла, из к-рого его изготовляют. В зависимости от состава различают неск. марок такого стекла (табл. 1).

А-стекло называют также известково-натриевым, С-стекло -натрийборосиликатным, E-стекло - алюмоборосиликатным, S-стекло - магнезиальноалюмосиликатным. Наиб. важные характеристики стеклянных волокон приведены в табл. 2.

Борное волокно (англ. boron fibres или boron filaments) — конструкционное волокно, получаемое осаждением бора на непрерывную тонкую нить или проволоку. Волокна бора получают методом химического осаждения из газовой фазы (CVD), подавая смесь BCl₃ + H₂ в герметичный реактор, через ртутные затворы которого протягивается нить — подложка диаметром около 12 мкм, как правило, вольфрамовая, нагреваемая прямым пропусканием электрического тока.

Борные волокна относятся к наиболее высокопрочным, высокомодульнымармирующим материалам. Они представляют собой непрерывные моноволокна диаметром 50 – 200 мкм. Высокая прочность бороволокон обусловлена мелкокристаллическим строением (кристаллы порядка 1,5…3 нм) борного слоя. Бороволокна имеют значительный разброс по прочности, который вызван неоднородностью структуры и дефектами в волокнах. Прочность борных волокон (диаметр 90… 140 мкм) составляет 3400… 3900 МПа, модуль упругости находится в пределах 360… 400 ГПа. Плотность боро­волокон зависит от их диаметра и изменяется от 2,4 до 3,1? 10 ³ кг/ м ³. Коэффициенттермического расширения в диапазоне температур 20… 1000 К равен около 7?10 ^–6 град ^-1. Борные волокна отличаются высокой твердостью. Прочностныехарактеристики бороволокон сильно зависят от дефектов структуры. Принанесении термостойких покрытий может наблюдаться как повышениепрочности за счет сглаживания поверхностных дефектов, так и снижение еевследствие роста остаточных напряжений. Значение коэффициента Пуассонаколеблется в пределах n = 0,04… 0,18. Пластические деформации имеют местопри температурах свыше 900 К. На воздухе бороволокна без покрытияначинают окисляться при 600 – 650 К и при температуре выше 900 К полностьютеряют прочность. При нанесении термостойких покрытий прочностьсохраняется до температур 1100 – 1300 К.

Карбидкремниевое волокно (англ. silicon carbide fibres) — конструкционное волокно, состоящее из нанокристаллическогокарбида кремния.

Карбидкремниевые волокна получают двумя способами и, соответственно, двух видов. Первый аналогичен тому, которым получают борные волокна — газофазный синтез на нити-подложке. Как правило, при этом используют углеродную нить диаметром 30-35 мкм. Плотность волокон на углеродной нити ~ 3,2 г/см³, средняя прочность на длине 25 мм — 3-4 ГПа,модуль Юнга в направлении оси около 420 ГПа. Структура волокна SiC более стабильна при повышенных температурах, нежели структура волокон бора, поэтому они используются в качестве армирующего средства для матриц на основе титана(титановые сплавы и интерметаллиды Ti-Al).

Второй способ получения волокон карбида кремния основан на пиролизе поликарбосилановой нити. Получаемые таким образом волокна содержат, кроме нанокристаллического карбида кремния, углерод и кислород; совершенствование технологии этого типа волокон направлено на уменьшение содержания этих элементов, что сопровождается ростом механических характеристик. Основные применения этих волокон связаны с созданием SiC/SiC композитов, способных длительное время сохранять работоспособность при температурах до 1300 ^оС.

Дата добавления: 2015-05-10