КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ


КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (композиты) (от лат. compositio- составление), многокомпонентные материалы, состоящие из полимерной, металлич., углеродной, керамич. или др. основы (матрицы), армированной наполнителями из волокон, нитевидных кристаллов, тонкодиспeрсных частиц и др. Путем подбора состава и св-в наполнителя и матрицы (связующего), их соотношения, ориентации наполнителя можно получить материалы с требуемым сочетанием эксплуатац. и технол. св-в. Использование в одном материале нескольких матриц (полиматричные композиционные материалы) или наполнителей разл. природы (гибридные композиционные материалы) значительно расширяет возможности регулирования св-в композиционных материалов. Армирующие наполнители воспринимают осн. долю нагрузки композиционных материалов. По структуре наполнителя композиционные материалы подразделяют на волокнистые (армированы волокнами и нитевидными кристаллами), слоистые (армированы пленками, пластинками, слоистыми наполнителями), дисперсноармированные, или дисперсноупрочненные (с наполнителем в виде тонкодисперсных частиц). Матрица в композиционном материале обеспечивает монолитность материала, передачу и распределение напряжения в наполнителе, определяет тепло-, влаго-, огне- и хим. стойкость. По природе матричного материала различают полимерные, металлич., углеродные, керамич. и др. композиты. Подробнее о ф-ции матрицы и армирующего наполнителя, а также о технологии получения волокнистых полимерных композиционных материалов см. Армированные пластики. наиб. применение в технике получили композиционные материалы, армированные высокопрочными и высокомодульными непрерывными волокнами. К ним относят: полимерные композиционные материалы на основе термореактивных (эпоксидных, полиэфирных, феноло-формальд., полиимидных и др.) и термопластичных связующих, армированных стеклянными (стеклопластики), углеродными (углепластики), орг. (органопластики), борными (боропластики) и др. волокнами; металлич. композиционные материалы на основе сплавов Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Сг, армированных борными, углеродными или карбидкремниевыми волокнами, а также стальной, молибденовой или вольфрамовой проволокой; композиционные материалы на основе углерода, армированного углеродными волокнами (углерод-углеродные материалы); композиционные материалы на основе керамики, армированной углеродными, карбидкремниевыми и др. жаростойкими волокнами и SiC. При использовании углеродных, стеклянных, арамидных и борных волокон, содержащихся в материале в кол-ве 50-70%, созданы композиции (см. табл.) с уд. прочностью и
Композиционные материалы
уд. модулем упругости в 2-5 раз большими, чем у обычных конструкц. материалов и сплавов. Кроме того, волокнистые композиционные материалы превосходят металлы и сплавы по усталостной прочности, термостойкости, виброустойчивости, шумопоглоще-нию, ударной вязкости и др. св-вам. Так, армирование сплавов Аl волокнами бора значительно улучшает их мех. характеристики и позволяет повысить т-ру эксплуатации сплава с 250-300 до 450-500 °С. Армирование проволокой (из W и Мо) и волокнами тугоплавких соед. используют при создании жаропрочных композиционных материалов на основе Ni, Cr, Co, Ti и их сплавов. Так, жаропрочные сплавы Ni, армированные волокнами, могут работать при 1300-1350 °С. При изготовлении металлич. волокнистых композиционных материалов нанесение металлич. матрицы на наполнитель осуществляют в осн. из расплава материала матрицы, электрохим. осаждением или напылением. Формование изделий проводят гл. обр. методом пропитки каркаса из армирующих волокон расплавом металла под давлением до 10 МПа или соединением фольги (матричного материала) с армирующими волокнами с применением прокатки, прессования, экструзии при нагр. до т-ры плавления материала матрицы (см. также Металлополимеры). Один из общих технол. методов изготовления полимерных и металлич. волокнистых и слоистых композиционных материалов - выращивание кристаллов наполнителя в матрице непосредственно в процессе изготовления деталей. Такой метод применяют, напр., при создании эвтектич. жаропрочных сплавов на основе Ni и Со. Легирование расплавов карбидными и интерметаллич. соед., образующими при охлаждении в контролируемых условиях волокнистые или пластинчатые кристаллы, приводит к упрочнению сплавов и позволяет повысить т-ру их эксплуатации на 60-80 oС. Композиционные материалы на основе углерода сочетают низкую плотность с высокой теплопроводностью, хим. стойкостью, постоянством размеров при резких перепадах т-р, а также с возрастанием прочности и модуля упругости при нагреве до 2000 °С в инертной среде. О методах получения углерод-углеродных композиционных материалов см. Углепластики. Высокопрочные композиционные материалы на основе керамики получают при армировании волокнистыми наполнителями, а также металлич. и керамич. дисперсными частицами. Армирование непрерывными волокнами SiC позволяет получать композиционные материалы, характеризующиеся повыш. вязкостью, прочностью на изгиб и высокой стойкостью к окислению при высоких т-рах. Однако армирование керамики волокнами не всегда приводит к значит. повышению ее прочностных св-в из-за отсутствия эластичного состояния материала при высоком значении его модуля упругости. Армирование дисперсными металлич. частицами позволяет создать керамико-металлич. материалы (керметы), обладающие повыш. прочностью, теплопроводностью, стойкостью к тепловым ударам. При изготовлении керамич. композиционных материалов обычно применяют горячее прессование, прессование с послед. спеканием, шликерное литье (см. также Керамика). Армирование материалов дисперсными металлич. частицами приводит к резкому повышению прочности вследствие создания барьеров на пути движения дислокаций. Такое армирование гл. обр. применяют при создании жаропрочных хромоникелевых сплавов. Материалы получают введением тонкодисперсных частиц в расплавленный металл с послед. обычной переработкой слитков в изделия. Введение, напр., ТhO2 или ZrO2 в сплав позволяет получать дисперсноупрочненные жаропрочные сплавы, длительно работающие под нагрузкой при 1100-1200 °С (предел работоспособности обычных жаропрочных сплавов в тех же условиях -1000-1050 °С). Перспективное направление создания высокопрочных композиционных материалов-армирование материалов нитевидными кристаллами ("усами"), к-рые вследствие малого диаметра практически лишены дефектов, имеющихся в более крупных кристаллах, и обладают высокой прочностью. наиб. практич. интерес представляют кристаллы Аl2О3, BeO, SiC, B4C, Si3N4, AlN и графита диаметром 1-30 мкм и длиной 0,3-15 мм. Используют такие наполнители в виде ориентированной пряжи или изотропных слоистых материалов наподобие бумаги, картона, войлока. Композиционные материалы на основе эпоксидной матрицы и нитевидных кристаллов ThO2 (30% по массе) имеют sраст 0,6 ГПа, модуль упругости 70 ГПа. Введение в композицию нитевидных кристаллов может придавать ей необычные сочетания электрич. и магн. св-в. Выбор и назначение композиционных материалов во многом определяются условиями нагружения и т-рой эксплуатации детали или конструкции, технол. возможностями. наиб. доступны и освоены полимерные композиционные материалы. Большая номенклатура матриц в виде термореактивных и термопластич. полимеров обеспечивает широкий выбор композиционных материалов для работы в диапазоне от отрицат. т-р до 100-200°С - для органопластиков, до 300-400 °С - для стекло-, угле- и боропластиков. Полимерные композиционные материалы с полиэфирной и эпоксидной матрицей работают до 120-200°, с феноло-формальдегидной - до 200-300 °С, полиимидной и кремнийорг. - до 250-400°С. Металлич. композиционные материалы на основе Аl, Mg и их сплавов, армированные волокнами из В, С, SiC, применяют до 400-500°С; композиционные материалы на основе сплавов Ni и Со работают при т-ре до 1100-1200 °С, на основе тугоплавких металлов и соед. - до 1500-1700°С, на оснбве углерода и керамики - до 1700-2000 °С. Использование композитов в качестве конструкц., теплозащитных, антифрикц., радио- и электротехн. и др. материалов позволяет снизить массу конструкции, повысить ресурсы и мощности машин и агрегатов, создать принципиально новые узлы, детали и конструкции. Все виды композиционных материалов применяют в хим., текстильной, горнорудной, металлургич. пром-сти, машиностроении, на транспорте, для изготовления спортивного снаряжения и др. Лит.: Композиционные материалы волокнистого строения. К., 1970; Пластики конструкционного назначения, М., 1974; Конкин А. А., Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы, М., 1974; Композиционные материалы, пер. с англ., т. 1-8, М., 1978; Наполнители для полимерных композиционных материалов, пер. с англ., М., 1981; Сайфулин Р. С., Неорганические композиционные материалы, М., 1983; Справочник по композиционным материалам, под ред. Д. Любина, пер. с англ., кн. I 2, М., 1988; Основные направления развития композиционных термопластичных материалов, М.. 1988; Handbook of composites, sen ed. by A. Kelly, Ju. N. Rabotnov, v. 1, AmsL, 198S. В. Н. Тюкаев.


===
Исп. литература для статьи «КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»: нет данных

Страница «КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

Еще по теме:
     © ХиМиК.ру
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Состав, строение и свойства композиционных
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Cуп лагман
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Вязание для женщин Крючком - Мир вязания и рукоделия
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Вязание крючком летних
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Гироскопы CSM
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Греция
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ