Общая характеристика. Композиционные материалы

Композиционные материалы

Композиционными называют материалы, в состав которых входят отличающиеся по свойствам компоненты, разделенные ярко выраженной границей раздела.

Композиционные материалы (КМ) характеризуют удельной прочностью σ_в/ρ g (км) и удельным модулем упругости Е /ρ g (км), где σ_в предел прочности, Е – модуль нормальной упругости, ρ – плотность материала, g – ускорение свободного падения.

КМ по удельной прочности, удельному модулю упругости, прочности при высокой температуре, сопротивлению усталостному разрушению значительно превосходят все известные конструкционные сплавы (рис. 15.1).

Рис. 7.8. Удельная прочность и удельный модуль упругости некоторых материалов: 1 - алюминий, 2 – титан, сталь; 3 – титан, армированный проволокой бериллия (50 % об.); 4 - титан, армированный волокнами SiC;

5 – титан, армированный волокнами борсика; 6 - алюминий, армированный волокнами В; 7 – эпоксидная смола, армированная волокнами углерода,

8 - эпоксидная смола, армированная волокнами бора

Основой композиционных материалов (матрицей) служат металлы или сплавы (КМ на металлической основе), а также полимеры, углеродные и керамические материалы (КМ на неметаллической основе).

В матрице равномерно распределены армирующие компоненты или наполнители.

Матрица определяет технологию получения КМ и его эксплуатационные характеристики: рабочую температуру, сопротивление усталостному разрушению и воздействию окружающей среды, плотность и удельную плотность.

Роль армирующих компонентов – увеличение прочности и жесткости КМ.

По форме наполнителя КМ разделяют на дисперсно-упрочненные, волокнистые и слоистые (рис. 7.9). В первых в качестве упрочнителя применяют высокодисперсные частицы различных веществ. Во вторых – волокна, проволоку или монокристаллы нитевидной формы. В третьих – металлическую фольгу, бумагу, ткани.

Рис. 7.9. Формы наполнителя композиционных материалов: 1 – дисперсный, 2 – волокнистый, 3 - слоистый

КМ, состоящие из трех и более компонентов, называются гибридными.

КМ с матрицами, состоявшими из нескольких веществ, например из чередующихся слоев алюминия и титана, называются полиматричными (рис. 15.3). КМ, содержащие два и более наполнителя, называются полиармированными (рис. 7.10).

Рис. 7.10. Схемы полиматричного (а) и полиармированного (б) КМ

КМ применяют в авиации (лопасти винтов и корпуса вертолетов, камеры сгорания реактивных двигателей), энергетическом машиностроении (рабочие и сопловые лопатки турбин), автомобилестроении (кузова, детали двигателей), химической промышленности (автоклавы, цистерны, емкости), судостроении (корпуса судов, гребные винты). Использование КМ позволяет уменьшить массу конструкций на 30 – 40 % и увеличить полезную нагрузку.

Дата добавления: 2017-01-13