Compoziția, structura și proprietățile materialelor compozite

1. Clasificarea materialelor compozite

2. Compoziția, structura și proprietățile materialelor compozite

3. Eficiența costurilor utilizării materialelor compozite







Lista literaturii utilizate

Materialul compozit - Materialul solid neomogen constând din două sau mai multe componente, printre care sunt elemente de ranforsare, care asigură caracteristicile mecanice necesare ale materialului, iar matricea care asigură activitatea comună a elementelor de întărire. Comportamentul mecanic al compozitului este determinat de relația dintre proprietățile elementelor de armare și matrice, precum și de rezistența legăturii dintre ele. Eficiența și performanța materialului depinde de alegerea corectă a componentelor inițiale și tehnologia lor de aliniere proiectat pentru a oferi o legătură puternică între componentele menținând în același timp caracteristicile lor originale. Ca rezultat al combinării elementelor de întărire și proprietățile compozite cu matrice complexat, nu numai reflectând caracteristicile originale ale componentelor sale, dar include, de asemenea, caracteristici care nu au componente izolate. În special, prezența interfețelor dintre elementele de rigidizare și materialul matricei îmbunătățește semnificativ rezistență la fisurare și în materiale compozite, spre deosebire de metale, crescând rezistența statică nu duce la o reducere, și au tendința de a crește caracteristicile fracturii de duritate.

Avantajele materialelor compozite:

-rezistență specifică ridicată;

-rigiditate ridicată (modul de elasticitate 130 ... 140 GPa);

-rezistență ridicată la oboseală;

Din KM este posibil să se producă structuri dimensionale, iar diferite clase de compozite pot avea unul sau mai multe avantaje.

Cele mai frecvente deficiențe ale materialelor compozite:

-a crescut producția intensivă a științei, necesitatea unor echipamente și materii prime deosebit de costisitoare și, prin urmare, a dezvoltat producția industrială și baza științifică a țării.

1. Clasificarea materialelor compozite

Compozite - materiale multicomponent, constând din polimeri, metal. carbon, ceramică sau altele asemenea. bază (matrice), armate cu umpluturi de fibre, whiskers, particule tonkodispersnyh și altele. Prin selectarea compoziției și proprietățile materialului de umplutură și matricea (liant), raportul lor, orientarea de umplere este posibilă obținerea de materiale cu o combinație dorită de operaționale și tehnologice proprietăți. Utilizarea unui material într-una din mai multe matrici (materiale compozite polimatrichnye) sau excipienți de natură diferită (compozite hibride) îmbunătățește semnificativ proprietățile de reglementare ale materialelor compozite. Armăturile de umplere percep cea mai mare parte a încărcăturii materialelor compozite.

Conform structurii materialelor de umplutură compozite sunt împărțite în fibre (armat cu fibre și whiskers), stratificate (filme întărite, plăci, laminate excipienți) dispersnoarmirovannye sau dispersie călite (cu umplutură sub formă de particule fine). Matricea din material compozit asigură un monolit, transferul și distribuirea stresului în umplutură determină căldură, umiditate, foc și chimice. rezistență.

În funcție de natura materialului de matrice, se disting compozite polimerice, metalice, carbonice, ceramice și altele.

Materiale compozite cu un material cu matrice metalică este un metal (de obicei, Al, Mg, Ni și aliajele lor), armat cu fibre de înaltă rezistență (material fibros) sau particule refractare fin divizate, nu se dizolvă în metalul de bază (materiale armate cu dispersie). Matricea metalică leagă fibrele (particule dispersate) într-un singur întreg.

Materialele compozite cu o matrice nemetalică au găsit o aplicare largă. Ca matrice nonmetalice, se folosesc materiale polimerice, carbonice și ceramice. Dintre matricele polimerice, cele mai utilizate pe scară largă au fost epoxi, fenol-formaldehidă și poliamidă. Matricile de carbon, cocsate sau pirocarbonate, sunt obținute din polimerii sintetici supuși pirolizei. Matricea leagă compoziția, conferindu-i o formă. reinforcers Fiber sunt: ​​sticlă, carbon, bor, organice, mănunchiuri pe bază (oxizi, carburi, boruri, nitruri, etc.), și metal (sârmă), având o rezistență ridicată și rigiditate.

Materialele compozite cu agent de umplutură fibros (agent de întărire) sunt împărțite prin mecanismul de întărire în cele discrete, în care raportul dintre lungimea fibrei și diametru este relativ mic și cu o fibră continuă. Fibrele discrete sunt situate în matrice haotic. Diametrul fibrelor de la fracții la sute de micrometri. Cu cât raportul dintre lungime și diametrul fibrelor este mai mare, cu atât este mai mare gradul de întărire.

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 armat cu fibre continue țesute într-o țesătură, care este forma originală, în lățime și lungime corespunzătoare materialului final. Deseori, fibrele sunt țesute în structuri tridimensionale.

Materialele compozite diferă de aliajele convenționale prin valori mai ridicate ale rezistenței la timp și rezistenței (cu 50 - 10%), modul de elasticitate, rigiditate și tendință redusă la fisurare. Utilizarea materialelor compozite mărește rigiditatea structurii, reducând în același timp consumul de metale. Rezistența materialelor compozite (fibroase) este determinată de proprietățile fibrelor; Matricea ar trebui să redistribuie, în principiu, eforturile dintre elementele de armare. Prin urmare, forța și modulul elastic al fibrelor trebuie să fie semnificativ mai mari decât rezistența și modulul de elasticitate al matricei. Firmele rigide de rigidizare percep presiunile care apar în compoziția sub sarcină, conferă rezistență și rigiditate orientării fibrelor.







Pentru întărire aluminiu, magneziu și aliajele lor sunt utilizate fibre de bor și fibre de compuși cu topire înaltă (carburi, nitruri, boruri și oxizi) având o rezistență ridicată și un modul. Pentru armarea titan și aliajele sale, sârmă de molibden este utilizat, fibrele de safir, carbură de siliciu și borură de titan. Creșterea rezistenței la căldură a aliajelor de nichel se realizează prin întărirea lor cu un fir de tungsten sau molibden. Fibrele metalice sunt, de asemenea, utilizate în cazurile în care este necesară o conductivitate termică ridicată și o conductivitate electrică ridicată. întăritori promițători pentru rezistență înaltă și materiale compozite fibroase-modul ridicat sunt mustăți de oxid de aluminiu și nitrură, carbură de siliciu și nitrură de siliciu, carbură de bor, etc. Materialele compozite pe bază de metale au o rezistență ridicată și rezistență la căldură, în același timp, ei maloplastichnyh. Cu toate acestea, fibrele din materiale compozite reduce rata de propagare a fisurii originare din matrice, și dispare aproape complet fractură bruscă fragilă. O trăsătură distinctivă a materialului compozit fibros sunt anizotropie uniaxială proprietăților mecanice de-a lungul și din cereale și sensibilitate scăzută la concentratoare de stres. Anizotropiei proprietăților materialelor compozite fibroase luate în considerare în proiectarea de componente pentru optimizarea proprietăților în funcție de câmpuri impedanta de potrivire cu câmpuri de tensiune. Vă rugăm să fiți conștienți de faptul că fibrele de matrice pot transmite tensiune numai atunci când există o legătură puternică la suprafața de interfață a fibrei de armare - matrice. Pentru a preveni contactul dintre fibre, matricea trebuie să înconjoare complet toate fibrele. care se realizează atunci când conținutul său nu este mai mic de 15-20%. Matricea și fibrele nu trebuie să interacționeze unul cu celălalt (nu trebuie să existe difuzie reciprocă) în fabricarea și funcționarea, deoarece acest lucru poate duce la o scădere a rezistenței materialului compozit. Armătura de aluminiu, fibre refractare de magneziu și aliaje de titan continue de bor, carbură de siliciu, borura de titan și oxid de aluminiu îmbunătățește semnificativ rezistența la căldură. O caracteristică a materialelor compozite este o rată scăzută de înmuiere în timp cu creșterea temperaturii.

Principalul dezavantaj al materialelor compozite cu armătură unidirecțională și bidimensională este rezistența scăzută la forfecarea în straturi intermediare și forfecarea transversală. Acest lucru nu necesită materiale cu armare în vrac.

Spre deosebire de materialele compozite fibroase din materiale compozite întărite prin dispersie, matricea este elementul principal care transportă încărcătura, iar particulele dispersate inhibă mișcarea dislocărilor în ea.

2. Compoziția, structura și proprietățile materialelor compozite

Cea mai mare utilizare în construcții și tehnologie a fost obținută prin materiale compozite armate cu fibre continue cu rezistență ridicată și cu un modul de înaltă rezistență. Acestea includ: materiale polimerice compozite pe bază de termorigid (epoxidice, poliester, fenol-formaldehidă, poliamidă, etc.) și termoplastic de sticlă armată cu liant (GRP), carbon (CFRP), organice (organoplastics), bornit (boroplastiki), etc. prin fibre; materiale metalice compozite pe bază de aliaje de Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Cr, boric armat, fibre de carbon sau siliciu carburi și oțel, molibden sau sârmă de wolfram; materiale compozite pe bază de carbon armat cu fibre de carbon (materiale carbon-carbon); materiale compozite bazate pe ceramică armată cu carbon, carbură de siliciu și alte fibre rezistente la căldură și SiC. Când se utilizează carbon, sticlă, fibre de bor și amida conținută în materialul într-o cantitate de 50-70%, compoziția creată cu rezistență specifică și un modul de 2-5 ori mai mare decât materialele structurale convenționale și aliaje. Mai mult, materialele compozite fibroase sunt superioare metale și aliaje ale rezistenței la oboseală, rezistență la căldură, rezistența la vibrații, absorbția acustică, duritatea și altele. Proprietăți. Astfel, fibrele de armare Al aliajelor cu bor îmbunătățește caracteristicile mecanice ale acestora și pentru a îmbunătăți temperatura de funcționare a aliajului 250-300 la 450-500 ° C Firul de armare (de W și Mo) și fibrele refractare ale compușilor utilizați în crearea de materiale compozite rezistente la căldură pe bază de Ni, Cr, Co, Ti și aliajele lor. Astfel, aliajele Ni de înaltă temperatură armate cu fibre pot funcționa la 1300-1350 ° C. La fabricarea de fibre compozite de acoperire metalică matrice metalică pe materialul de umplutură este realizată în principal din topitură a materialului matricei prin depunere electrochimică sau pulverizare. Formarea produselor se realizează prin metoda ch. arr. prin impregnarea carcasei fibre de ranforsare de metal topit sub presiune până la 10 MPa sau compuse folii (material matrice) cu fibre de ranforsare cu ajutorul unui fier de presare, extrudare când se încălzește la temperatura de topire a materialului matricei.

3. Eficiența costurilor utilizării materialelor compozite

Domeniile de aplicare a materialelor compozite nu sunt limitate. Acestea sunt utilizate în aviație pentru piese grele (manta, lonjeroane, nervuri, panouri, lame de compresoare și turbine și t. D.), în tehnologia spațială cu circuite noduri aparate modele pentru rigidizări, panouri din industria automobilelor, pentru a facilita organismului, arcuri, rame, panourile de caroserie, barelor de protecție și așa mai departe. d. minerit (unelte de foraj, piese de recoltare și așa. d.), construcții civile (durata de pod, elementele de clădiri înalte prefabricate, și așa mai departe. d.), cât și în alte zone ale economie.

Utilizarea materialelor compozite oferă un nou salt calitativ în creșterea în sistemele de putere a motorului, energie și transport, reducând greutatea mașinilor și a aparatelor. Materiale compozite cu o matrice nemetalic, și anume polimerul karbovoloknity utilizat în construcția de nave și automobile (corpul de mașini de curse, șasiu, elice); sunt rulmenți fabricate, panouri de încălzire, echipamente sportive, piese de calculator. Karbovoloknity modul ridicat este utilizat pentru fabricarea de piese de aeronave, echipamente pentru industria chimică și alte echipamente cu raze X. Fibra de carbon cu o matrice de carbon inlocuieste diferite tipuri de grafit. Sunt utilizate pentru protecția termică, discuri de frână de aeronavă, echipamente rezistente chimic. Produsele din fibră de bora sunt utilizate în echipamentele de aviație și spațiu (profile, panouri, rotoare și lamele de compresor, lamele de rotor, arborii de transmisie ai elicopterelor etc.). Fibrele organice sunt folosite ca materiale izolatoare și structurale în industria electro-radio, în ingineria aeronautică și așa mai departe.

Lista literaturii utilizate

Gorchakov G.I. Bazhenov Yu.M. Materiale de construcție / G.I. Gorchakov, Yu.M. Bazhenov. - M. Stroyizdat, 1986.

Curs general al materialelor de construcții / Ed. IA Rybeva. - Școala Superioară, 1987.

Materiale de constructii / Под ред.Г.И. Gorceakov. - M: Liceul, 1982.

Ewald V.V. Materiale de construcții, fabricarea acestora, proprietăți și teste / V.V. Ewald. - St.Petersburg. LM, ediția a 14-a, 1933.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: