КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

полимерни композити




Съставите на матрични подсилена дава форма на продукта и здравина. Чрез комбиниране в една матрица множествена влакно трябва да се даде възможност на състава да възприема различно

ИЗИСКВАНИЯ ЗА MATRIX


Таблица 4.1 - Влакната, използвани за подсилване

тип влакна ХАРАКТЕРИСТИКИ
Температурата на топене, T ° C Плътност г, г / см 3 Якост на опън, а, MPa
Поликристални неорганични влакна бор 2.63
въглероден 1.7
SiC 3.21 300-400
Al 2 O 3 3.96 210-260
ZrO 6.27 240-270
стъкло 2.5 -
Метална тел бъда 1.84 100-130
W 19.3
стомана 7.83 360-400
Ti 4.5 150-200
мустаци Al 2 O 3 3.96
AlN 3.3
SiC 3.21
SiN 3.18

вид на външно натоварване - опън, натиск, огъване, срязване и т.н. В същото време, той участва в създаването на носещата способност на състава за предоставяне на предаване на силите на влакното. Поради еластичността на усилията на матрицата унищожени или къси влакна се прехвърлят в съседните влакна, и концентрацията на напрежение в близост до различни дефекти намалява. Matrix е отредена ролята на защитно покритие, което предпазва влакното от механични повреди и окисление.

Освен това, матрицата трябва да осигурява здравина и твърдост на структурата под действието на опън или натиск натоварване в посока, перпендикулярна на усилващите елементи. Ако натоварването на опън е насочено по оста, успоредна на влакна един до друг, ефектът за втвърдяване крайното удължение на матрицата, най-малко е равна на удължението на влакната. Ако товарът е перпендикулярна на оста на влакна, то е недостатъчно.

Пластмасовата матрица, дебелината на слоя е по-малко от матрицата между влакната и по-голяма влакна могат да бъдат въведени в МС.

По този начин, основните изисквания към матрицата могат да бъдат формулирани както следва:

о матрица трябва да се даде под формата на продукт и да го направи монолитна;

о приемам външни натоварвания;

о осигури предаването на силите на влакното;

о служи като защитно покритие, което предпазва влакното от механичен стрес и окисляване;

О осигури здравина и твърдост на системата.

За да се осигури адхезия между матрицата и влакната трябва да бъдат някои взаимодействие между матрицата и влакната. За метални композитни материали е силна връзка между влакното и матрицата се извършва благодарение на тяхното взаимодействие и образуването на много тънък слой (1-2 м) интерметални фази. Ако между влакната и матрицата няма взаимодействие, след това се прилага към влакната специално покритие за постигането, но слой, образуван по време на този етап трябва да бъде много тънък. Връзката между метални компоненти в композитни материали на базата на неметални чрез адхезия. Лош адхезия към матрицата имат висока якост бор, въглерод, керамични влакна. Подобрена адхезия се постига чрез гравиране, повърхностно обработени влакна.



В зависимост от условията на работа (предимно от работната температура), използвайки различни матрични материали, които ще бъдат разгледани по-подробно в проучването на различни видове км.

4.2 МЕТАЛНИ композитни материали

MCM са тези материали, които действат матрични метали и техните сплави, и клапани - метални и неметални влакна.

структурна задача МСМ усилващи елементи (мустаци, поликристални и аморфни метални влакна, метални жици) приемам натоварване и прехвърляне на натоварване матрични метални нишки и го разпределя между тях. Затова MCM механични свойства зависят главно от свойствата на влакната.

матрични материали

Изборът на матричен материал се определя от изискванията на нейната съвместимост с армировка материал, както и технологичните и експлоатационни характеристики. СЪВМЕСТИМОСТ наречен подсилване способността за поддържане на форма и структура, и, следователно, висока якост, както по време на производството на МСМ и условията на работа. Най-острият проблем на съвместимост възниква MKM, където металните нишки служат за усилване, защото те са податливи на химическо взаимодействие с матрицата и взаимна дифузия. Тези явления могат да доведат до разтваряне и прекристализация влакна поява на крехки фази интерфейс влакна - матрица и като следствие до омекване и армировка материал като цяло.

С технологичните изисквания включват способността на компонентите на материала, и най-вече матрицата изложени на специално пластична деформация предвид, леене, прахова металургия и така нататък.

Оперативните свойства на MCM характеризират със способността да издържат на неблагоприятни условия на околната среда (температура, налягане, вибрации, корозия и т.н.).

Тъй като конфигурацията на матрица равенства продукти от MCM и в по-голяма степен, отколкото влакна, граничещи с външната среда, е необходимо изборът на матричен материал, за да се разгледа устойчивостта и работни температури, корозия и ерозионно износване и др

Както матрични материали, използвани в промишлените метали и сплави производство МКМ, които вече се използват в различни области на техниката, както и нови сплави, специално предназначени за укрепването на един или друг вид влакна. В зависимост от условията на работа, и най-вече на работната температура на следните матрични материали в MKM:

О леки метали и техните сплави (на база алуминий и магнезий);

о титан и неговите сплави;

о мед и нейните сплави;

о Топлоустойчива и топлинно устойчиви сплави на базата на желязо, никел и кобалт;

о огнеупорни метали и сплави.

Всички металната матрица на технологичния принцип могат да бъдат разделени в три основни класа: ковано, леене и прах.

За да се извърши деформируеми алуминиеви сплави не е топлинно закалени сплави AMts марки, AlMg, AMg3 и др., Основни легиращи елементи са манган и магнезий. Тези сплави притежават добра пластичност, устойчивост на корозия, заваряемост, но сравнително ниска якост. Голяма група от деформируеми алуминиеви сплави представляват топлина закалени дуралуминиум (D1, D16, и др.) И сплави Group AB, AK, B95. След топлинната обработка (охлаждане и изкуствено стареене), тези сплави са с висока механична якост.

От гласове алуминиеви сплави са най-често срещаните silumins, които имат добри свойства за леене, и като основен съставен елемент съдържат 4-13% силиций. Въпреки maloplastichnyh те имат ниска якост и устойчивост на корозия. Silumins Топлинно съпротивление също е ниска.

Това е много обещаващо за висока температура MCM база алуминий матрични материали като SAP (фритован алуминиев прах), които са алуминий, подсилени с разпръснати частици AL 3. Основното предимство на SAP в тяхната висока устойчивост на топлина. В допълнение, тези материали са добре обработени и рязане налягане, имат висока устойчивост на корозия.

Магнезий и неговите сплави имат предимства в сравнение с тези на други структурни материали с ниска плътност, относително високи механични свойства, добра способност да се противопоставят на ударни натоварвания и вибрации. Такива ковано магнезиеви сплави като IA5, MA8-1, технологично гъвкав и добре обработени налягане. MA2-1 сплав може лесно да се разточва и всички операции щамповане: огъване, фланец, разтягане (когато се нагрява до 250-300 ° C). В допълнение, той е добре заварена от аргон електродъгово заваряване.

При 20 ° С, тази сплав има якост на 280-290 МРа и удължение е 16 -18%.

Магнезият леярски сплави като СО5, СО12, СО15, имат добра течливост и по-ниско линейно свиване на 1.3-1.6%. След топлинната обработка (стареене) значително са се втвърди. Те се третират чрез отливане в пясъчни леене, тежестта леене и налягане.

От най-честите MCM лист тънък лист или фолио получени чрез валцуване.

Titanium и неговите сплави имат ценни физико-механични свойства. При ниска плътност (4.5 г / см 3) титанови сплави могат да имат якост на опън от 500 (окис без прибавки титан), за да 1500MPa (сплави). Технически BT1 титан и повечето титанови сплави, например VT5, BT3, VTL-1, имат добри свойства за леене и се използват за производство на профилни и тънкостенни отливки. Малък образна корнизи (15 кг), произведени чрез отливане черупка мухъл графит.

Титан и неговите сплави могат да се справят налягане, особено в горещо състояние в границите температура 600 - 1200 ° С, от всички известни средства.

Мед, които имат висока електрическа и топлинна проводимост в комбинация с добра устойчивост на корозия, е широко използван при вземането на електрически инструмент. От гледна точка на технологията на мед метал е много удобно, тъй като тя е добре подправени, разточва на прът, ленти, фолио, тел е изтеглен инча Много медни сплави имат добри свойства за леене и често се използват за фасонни отливки по метода на прецизно леене.

От метална матрица, на основа желязо, никел и кобалт в създаването МКМ най-често се използва скала, устойчиви и топлоустойчиви стомани и сплави. устойчивост на окисляване (топлоустойчив) обикновено се нарича стомани и сплави със съпротивление до повърхностни щети в газообразни среди, когато се нагряват над 500 ° C и работи в ненатоварено или леко натоварени състояние (нихром, silhromy т.н.). Подсилване на огнеупорни алуминиеви влакна може драстично да увеличи тяхната устойчивост на топлина и да ги използват при температури от 150-200 ° С по-висока от работната температура на неармиран матрицата.

HRSA също има значителна устойчивост на окисляване, но тяхната основна функция - способността да се работи под товар при високи температури. Повишена пълзящи пробиви якост, висока устойчивост на пълзене и умора в никелови сплави се постига чрез въвеждането на Ti и AL, образуващи армировката частици фаза и от допинг огнеупорни елементи (W, Mo, NB),, засилване на разтвора твърдо никел и малки допълнения на бор, церий и други елементи. Примери за такива сплави - ковано сплави EI437A, EI437BU, EI617, и други.

Чрез прахова металургия е станало възможно да се получи матрица от МКМ особено огнеупорни метали - ниобий, волфрам, молибден и техните сплави. Най-често, като матрица се подлага на дисперсионно втвърдена частици огнеупорни съединения около Полиедрични форма с размери в диапазона 0.01 - 0.1 микрона. Влакнести пълнители (мустаци, влакна от огнеупорни съединения) тези матрици са подсилени, за да им даде конкретни оперативни характеристики - устойчивост на удар, топлоустойчивост, специфични физични свойства. Създаването на такъв MCM се използва като матричен материал фин прах с размери от 0.1 - 5 микрона, тънко метално фолио с дебелина от 10 - 100 микрона и различните методи, използвани за отлагане на матрица влакна с покритите влакна, последвано от запечатване с горещо пресоване, подвижен и други подобни. г.

Видове метални композитни материали

Основните методи за получаване на MCM са пластмасови техники деформационни, леене и праховата металургия. При разработването на техники MCM за производство следва да вземат предвид естеството на влакната и матрицата, и съответно задават режима на работа - температура, деформация, време, скорост, средна и т.н. За всички технологични производствени процеси са общи MCM следните стъпки:

о -Cleaning повърхност на влакната и матрицата (измиване, почистване, сушене);

о е на Съюза на влакната и матрицата (събранието на редуващи се слоеве на матрични и влакнодайни елементи или рамка на подготовката на влакната в матрицата чрез изливане матрица метал);

о -Getting компактни методи MCM на пластична деформация, леене или прахова металургия, или комбинация от тези методи.

Както бе споменато по-рано всички МСМ съгласно метода на усилване могат да бъдат разделени в три групи:

1. влакна композитни материали;

2. слоести композитни материали;

3. Dispersion - подсилени композитни материали.

Композитен материал с влакнеста пълнител (втвърдител) засилване на механизма на действие е разделена на отделни влакна, в които съотношението на дължината към диаметъра е приблизително равно на 10: 1, и непрекъснати влакна, в които съотношението е безкрайност. Къси влакна произволно подредени в матрица. Диаметърът на фибри от фракции на стотици микрометра. Колкото по-голямо съотношение на дължина към диаметър на влакното, толкова по-висока степен на втвърдяване.

За втвърдяване алуминий, магнезий и техни сплави, бор се използва (якостта на опън е 2500-3500 МРа, модул на еластичност - 38-450 GPa) и въглен (якост на опън, равна 1400-3500 МРа, модул от 160 - 450 GPA) влакна и влакна огнеупорни съединения (карбиди, нитриди, бориди и окиси), които имат висока якост и модул. Така 100 мм диаметър влакна от силициев карбид имат якост на опън от 2500-3500 МРа и 450 GPa модул. Често се използва като фибри проводник на високи якостни стомани.

За подсилване на титан и неговите сплави се използват молибден тел, фибри сапфир, силициев карбид, и титанов борид.

Увеличете топлоустойчиви никелови сплави постигне укрепване на волфрам или молибден тел. Метални влакна, използвани в тези случаи, когато с висока топлинна и електрическа проводимост. Втвърдители за обещаващи висока якост и висок модул на еластичност влакна композитни материали са мустаци от алуминиев оксид и нитрид, силициев карбид и силициев нитрид, борен карбид и др с якост на опън от 15000 - 28000. МРа и модул на 400-600 GPa.

Засилването на алуминий, магнезий и титанови сплави непрекъснати огнеупорни влакна бор, силициев карбид, титанов диборид и алуминиев оксид значително подобрява устойчивостта на топлина.

Основният недостатък на композитни материали с едномерен и двумерен армировка е ниско съпротивление междинен слой на смени и пресече пропастта. Този недостиг е лишен от материали с триизмерен армировка.

В момента преобладават влакна метални композитни материали (ЕСМ) и многослойни метални композитни материали (ВСС) с никел и алуминий матрица. Много обещаващ MCM с алуминиева или Al сплав матрица с 6% Mg, и бор влакна. Тяхната плътност е 2.55 г / см 3, модул на еластичност около пет пъти по-голяма от тази на стоманата 30KhGSA. Тези композити са широко използвани в космическо инженерство, корабостроенето. За aviakompressorov не по-малко обещаващи титан матрични композити подсилени с SiC влакна с диаметър 60 - 70 микрона влакна, с дял от 25 - 35%. Характерно за тези стойности на якост на опън от около 3000 - 5000 МРа.

Чрез MKM пластове и фиброзна включват голяма група от материали със специални физически качества:

о с висока якост композитни материали с висока проводимост (медни проводници обвити в неръждаема стомана с якост на опън над 1000 МРа mednoniobievye проводници с якост на опън до 1950 MPa);

о свръхпроводници (метални и керамични);

о проводници с контролирани свойства.

Свръхпроводници (СП), работещи при температура на течността хелий (4.2 K) са многонишкови влакна VCR с ковано сплав svrehprovodyaschego HT - 50 (50% Nb + 50% Ti) с диаметър от влакна (вени) 6 - 200 микрона и брой проводници 6-9000, подредени в матрица от мед или бронз. Получаване на такива множествена екструдиране JV "модули" медни капсули, пълни с барове на бронз, мед и сплави HT - 50, следвани от изготвянето на екструдирани пръти.

Едно съвместно предприятие за работа при температура на течен хелий и течен водород (20.65 K), направена въз основа на интерметални тип влакна 3 ( "A" - Nb; "Б" - Sn, Ga, Al) в бронз или bronzovomednoy матрица. Медта обвивка или ядро ​​тел увеличава своята пластичност (стабилизира проводник). В съвместно предприятие с влакната на Nb 3 Sn сечение с диаметър на влакната на 2 - 2,5 м, а броят на влакна в проводник 14641 - 44521. Вземете JV като екструдиране, последвано от термична обработка и рисунка.

Чрез композитни проводници с контролирани свойства могат да включват мед и медни VCR въглероден матрица и въглеродните влакна, които се депозират чрез електролиза на мед, както и специална проводяща гума. Това епоксидна смола подсилен със стъклени влакна и съдържащ около 1.5% въглерод. Той се използва за облицовка на части на самолети, които са склонни към статично електричество.

В технология, високи температури са широко използвани композитни естествени влакна, така наречените "насочена евтектична" (IE) или "евтектични композитни материали" (ЕК).

Специалната конструкция наблюдава разлика от конвенционалните двуфазна евтектична с нарушено разпределение на двете фази в NE в резултат на бавен насочено втвърдяване. Една фаза (този, при което по-малко), образуван по време на кристализацията на правилното разположени по оста на радиатора непрекъснати пръчки или ленти (плаки). Когато тази фаза фракция <32% от пръчките са оформени, с> 32% от табелата. Други фаза играе ролята на матрицата. На ролята на матрицата е избран пластмаса фаза, както и ролята на висока якост засилване фаза съединение. Такова укрепване фаза се поддържа, за да имат температура солид на сплавта подобрява значително температурата на обслужване. Понастоящем най-широко използваните NE с матрици на базата на никел.

NE различават от VCR изкуствен висока стабилност при високи температури, свързани с добри фази химическа съвместимост образувани ин виво. NE запазват силата си, за да достигнат температури от 0.8 - 0.9 MP.

Заедно с посока евтектични смеси на композитни естествени тъкани тя се прилага един от най-старите композитни влакна - дамаска или индийски vutts, които по различни начини, богати на фибри високо-въглеродна стомана са леко вискозна матрица. Специална роля за свойства на стоманата Дамаск играе преходна зона между влакната и матрицата.

Свойства на метал-матрични композити

От горното може да се заключи, че комбинирането на съединения от различни видове на усилващите влакна и матрица, както и делът на основния материал и материал за пълнене да промените различни, както физически, така и механични свойства на МСМ.

Физични свойства:

Плътност. Тъй композитни материали са механична смес от два или повече компонента, плътността им в отсъствието на порите определени в него правило смес:

(4.1)

където Rk - плътността на композитния материал;

влакна плътност - RB;

RM - плътността на материала на матрицата;

CB - обемната фракция на влакна в материал.

Фигура 4.6 показва изчислените данни за зависимостта на плътността на композитни материали подсилени с различен обем влакна фракция на втвърдителя. Убито ивица интервал избран обем съдържание втвърдител, който обикновено е от интерес от гледна точка на изискванията на инженерния дизайн за специфична скованост и специфична якост на.

Фигура 4.6 - зависимостта плътност на силата на звука, съдържащ

на влакна за композитни материали

алуминиева матрица подсилена

влакна от различни видове:

1 - стомана; 2 - Al 2 O 3; 3 - SiC; 4 - В (г = 100 т);

5 - В (г = 100 т); 6 - SiO 2; 7 - Бъдете; 8 - графит

Термично разширение в зависимост от посоката на усилващите влакна в композитния материал, и ще варират значително по и в полагането на влакната.

Специфична топлина и топлопроводимостта на композитния материал при постоянно налягане или при постоянен обем не е равна на сумата на специфични топлини компоненти, умножен по тяхната относителна съдържание в насипно метал. Това е така, защото температурните изменения не водят до промяна в обема на композитния материал като цяло, може да се придружава от промяна в обема на всяка от съставните фази.

В случай на еднопосочен усилващ ефективно топлопроводимост може да се изрази чрез свойствата на отделните фази. В този случай, топлопроводността по оста на влакното и μ ι напречно ц т се изчислява по формулата:

(4.2)

(4.3)

където М и М на М - съответно топлопроводността на матрицата и влакната,

C - специфичен топлинен капацитет на влакната.

Технически характеристики:

Якост на опън по протежение на фибри.

модул на композитни материали на Юнг в посока по оста на влакното се прогнозира сравнително добро правило на смеси:

, (4.4)

където m и E за E - модул на матрицата и влакната, съответно на Йънг.

теоретичната якост на опън по оста на смес от влакна, също се изразява чрез правилото:

, (4.5)

където SB - якост на опън на влакната;

SM - напрежение в матрицата, когато крайната щам на влакната.

Сила композитни материали могат да бъдат предвидени по-точно с помощта на средната стойност на силата влакна, които могат да бъдат почти 50% по-висока от силата на лъча.

Свойствата на композитни материали в компресия по оста на спиралите също може да се предскаже, ако приемем, че геометрията на изпитваните образци е правилна компресия и материални характеристики (сила на матрицата, връзката на матрични влакна, и т.н.), така че влакната не се огъват по време на изпитването.

Фигура 4.7 показва типичните данни за еластична модулите на композитни материали с алуминиева матрица подсилен с бор влакна.

Таблица 4.2 показва някои свойства на влакнести композитни материали.

Счупване. При използване на maloplastichnyh влакна (бор, берилий и т.н.), за укрепването на композитни материали възниква въпросът: ще силата и въздействието свойства съпротивление, контролирани от крехки влакна? Отговорът на този въпрос зависи от вида на втвърдител и неговото съдържание в материала, ориентацията на влакната по отношение на въздействието (на условията на изпитване).

За да се изследва възможността за използване на тези характеристики Charpy V - образни ниво, както е показано на фиг. 4.8.

Фигура 4.7 - Ефект на съдържание обем на бор volo-

CM CON в матрица от алуминиева сплав,

борни усилени влакна на модул

посока Янг:

1 - по оста на влакното;

2 - ос, перпендикулярна на зърно

Таблица 4.2 - Свойства на влакнести композити

материали

материал Якостта на опън, MPa Модул, GPa
Бор-алуминий (PCA-1A)
Бор-магнезий (VCR-1)
Алуминиеви-Carbon (UWC-1)
Алуминий-стомана (CAS-1A)
Никел-Волфрам (WCS-1) -

В случаите, когато нарязани влакна е успоредна на оста на работа не фрактура нараства с увеличаване на съдържанието на втвърдител, тъй като настъпва разрушаване чрез разделяне на влакната. В случая, когато раната е перпендикулярна на оста на влакната, те се зареждат в надлъжна посока, и работата изисква да се прекъсне увеличава обема на пробата със съдържанието на втвърдител.

ПРИЛОЖЕНИЕ НА МЕТАЛНИ композитни материали

Перспективата за използването на метални композитни материали в различни клонове на изкуството се определя от широката гама от най-различни свойства. Висока якост и специфична твърдост, ниска чувствителност към стрес концентратори и висока устойчивост на умора и т.н. определяне на обхвата на МСМ.

Много обещаващ е използването на метал-матрични композиционни материали в самолети и raketo-, особено в тежки превозни средства и създаване на свръхзвуков пътнически самолети.

Използването на такива материали в количество до 30% може да се намали теглото на въздухоплавателни средства 15 - 20%. Най-ефективно в този случай, използването на титан и алуминиеви сплави, и усилени влакна borsika бор или титанови сплави подсилени с влакна от boralyuminiya свърже чрез запояване.

Фигура 4.8 - Ефект на съдържание обемен влакна върху здравината на композитния материал, както е определено в тестовата проба Шарпи V на - образен прорез позиционирани в различни начини на оста на влакна:

1 - нарязани, перпендикулярна на оста на влакното;

2, 3 - на срязване, успоредно на оста на влакна

Boralyuminievye композитни материали могат да бъдат използвани в космически кораб в строителни обекти, изложени на топлина от струята на реактивен двигател, в херметически затворени кабинния екипаж.

Композитните материали на основата на алуминий и титан, берилий армиран кабел, използван в газотурбинни двигатели за създаването на производство на перките на вентилатора и компресора.

Метални композиционни материали се използват в областта на машиностроенето, корабостроенето, автомобилостроенето. Целесъобразност тяхното използване е свързано със значително намаляване на теглото дизайн като същевременно се запази или дори подобряване на якостните характеристики (например, за да се улесни каросерия, скоростни кутии, бутални цилиндри, зъбни колела, пружини и т.н.).

Композитните материали с олово матрица подсилена от въглеродни влакна, използвани в химическата промишленост, в производството на батерии и акумулатори, в строителството, в продукти, работещи на триене, и др.

В земеделската техника от MKM може да се изгради рязане части на плугове, дискови косачки, трактори, части и т.н., което ще удължи живота на селскостопанска техника.

Прилагане в мост МСМ може да увеличи продължителността на периода поради по-високата твърдост на споменатия състав, което води до намаляване на метален мост структура и подобряване на тяхната преносимост.

Нанесете MKM и ядрена техника. Така, алуминиева сплав, армирано стъкло, съдържащ уран оксид има висока якост при температури от 550 ° С и може да се използва като гориво реактор плочи.

За производството на лагери, работещи без смазване, антифракционни успешно тестван на композитния материал за оловна основа, подсилена с 20% от неръждаема стомана или калай бронз. От гледна точка на пространството, където използването на конвенционален смазване във фрикционни единици не е възможно, то също може да бъде използван с MKM мустак на Al 2 O 3.

Като износоустойчиви материали в трансмисии, дискови съединители, насочващи устройства установки и други механизми за тежкотоварни може да се използва MKM подсилен с мустаци и влакна.

подсилени пълнежни материали могат да се използват технологии за заваряване. Например, алуминий или негова сплав с 4% Си, малки порции армирани влакна Al 2 O 3 или SiC, успешно използвани за заваряване на алуминий и неговите сплави. Засилване на заваряване фаза преминава в заваръчния шев, допринася за неговото укрепване.

MKM ефективно използва и в други области на технологиите и икономиката на страната. Въпреки това, с оглед ефективното прилагане на MCM е само при следните условия:

о специален дизайн части и възли на структурите, които позволяват за свойствата на тези материали;

о развитие на специалните части производствени технологии, както и методите за вземане на компоненти на традиционните сплавите неприемливи за композитни материали;

о прилагане на контрол на процеса и качеството на суровините и продуктите на ключови етапи от техните производствени материали, за да се гарантира надеждност при непрекъснат режим на работа.

Трябва да се има в предвид, че МСМ, както и конвенционални сплави не са универсални. Използвайте ги, за да им дестинация в определен дизайн е рационално, само когато това е технически възможно и икономически изгодно.

ИМОТИ на полимерни композитни материали

Полимерни композитни материали (РСМ), или пластмаса, наречена система, състояща се от полимерна матрица (свързващо вещество) и подсилващ пълнител във вид на влакна или прахове.

В момента цяла индустрия RMB. От тези, произведени бутилки за сгъстени газове, кутии ракетни двигатели, резервоари за петролни продукти, на лопатки за витла на вертолетите, тръби за химикали, самолети колесник, вълноводи, понтони, корпуси на лодки, ракети за тенис, пушка бъчви, въдици, печатни проводници, пружини и автомобили много други продукти.

Един от факторите, които възпрепятстват по-широкото използване на RMB, и по-специално фибростъкло, е тяхната относително ниска твърдост. През последните години, във връзка с развитието на нови сортове от стъклени влакна с висок модул на еластичност и висока модул влакна, като например въглерод, бор, силициев карбид, може драстично да увеличи твърдостта на пластмаси. Въглерод - boroplastiki и модул на Янг са близо до стоманата, и в специфична твърдост няколко пъти по-голяма от неблагородни метали. Това прави възможно използването на RMB в критични, силно напрегнати конструкции, които преди това са били направени изцяло от метал.

В много случаи, когато продуктът се изисква от висока товароносимост с минимално тегло, висока якост и висок модул пластмаси са ефективни метали. В допълнение към високи механични свойства и ниско специфично тегло до броя на ценни качества RMB трябва да включва тяхната устойчивост на киселини, основи, органични разтворители, масла и морска вода. Подсилена пластмаса в технология, имат високо затихване капацитет и устойчивост на вибрации, радиовълни, топлинни и електрически изолационни свойства, нечувствителност към магнитното поле. Процесите на тяхното производство може да бъде напълно автоматизирани и механизирани, техните продукти са с красив външен вид и не изискват специална защитна окраска.

Основното предимство на новия юана в сравнение с MKM: лекота на производство, технология, ниска цена, ниска плътност. Основната им недостатък - ограничен диапазон на работната температура, относително ниски стойности на interlaminar якост на срязване и скъсване. Съвременните полимерни свързващи вещества могат да осигурят изпълнението на тези продукти до температури, които не надвишават 300-400 ° C.

свързващ полимер

Свързващо вещество - вещество или група от вещества, използвани като шаблон в SMP. Изберете свързващо вещество, в зависимост от изискванията на механични, физични и химични свойства на PCM. Той трябва да предостави предварително определена форма продукт, монолитен материал и желаното ниво на топлопроводимост и термично разширение и преразпределение на напреженията, устойчивост на корозия, възможност за методи за преработка, използвани в промишлеността и ефективност на разходите. Обикновено, аморфни полимерни свързващи вещества и не са определени точки на топене.

Свързващите вещества, използвани в ПКМ синтетични макромолекулни вещества с различен химичен състав - полимери, които преди това са били обсъдени подробно в раздел органични полимерни материали.

Следва да се припомни, че полимерните молекули са съединения, съставени от голям брой елементарни компоненти - мономери. Структурата на полимерните молекули и химическата природа на мономерите се определят свойствата на полимерни материали.

Както беше отбелязано по-рано, на поведението на отоплението и охлаждането на полимерни материали могат да бъдат разделени в термопластична и термореактивна.

Като свързващи вещества за строителството PTP, работещи под товар, в повечето случаи, се използва термореактивни смоли.

Изборът на свързващото вещество определя характеристиките на FRP производствена технология и нейните характеристики. Най-широко използвани за производство FRP структурна епоксидна, полиестерни, фенолни, силиконови, и полиамидни смоли.

ВИДОВЕ Материали полимерни композитни

Някои от полимерния структурен материал са били взети под внимание при изучаване на темата "пластмаси" в раздел "дуропласт". Това материали като asbovoloknity, steklovoloknity, гетинакс, PCB, drevesnosloistye пластмасов материал SVAM. Той ще обсъди други видове полимерни композитни материали.

Фибростъкло - един PCM, съдържащ стъклени влакна като пълнител.

Фибростъкло - един от първите структурни полимер материали. Те са най-широко проучен, им отдавна се използва в индустрията. В момента производството на стъклопласт ориентирани дълго (еднопосочен и напречно) и ненасочена (хаотично) зърно. В първия случай като непрекъсната армировка използва във втория случай - дискретни (нарязан или щапелни) влакна. Стъклени влакна може да има кръгла или профилирана напречно сечение, да бъде куха или твърда.

Фокусирани фибростъкло. Еднопосочни фибростъкло е монолитен слой определя stekloshpona или рана на дорник импрегнирани стъклени снопове. Типичен пример за еднопосочни фибростъкло - стъклопласт анизотропна материал - SVAM.

Най-високата якост и коравина на еднопосочни фибростъкло са по влакната. Използването на високи стъклени влакна бележи Е и VM-1 осигурява якост на еднопосочни фибростъкло в посока на влакната 1600 - 2100 МРа, и специфичната сила е няколко пъти по-висока и модулът на еластичност е приблизително със същия размер като най-алуминиева сплав (Таблица 4.3. ).

Въпреки това, силата на еднопосочни фибростъкло в посока, перпендикулярна на осите на влакна е много ниска, се определя главно от свойствата на свързващото вещество и е на няколко килограма на квадратен сантиметър.

Perekrestnoarmirovannye ориентирани фибростъкло не разполагат с този недостатък. Те са получени чрез полагане stekloshpona,

Таблица 4.3 - Физически и механични свойства

Някои строителни материали

материал Плътност г / см 3 Ultimate напрежение на опън и р, MPa Модул на еластичност E кгс / mm 2
Еднопосочни фибростъкло, въз основа на:
E фибри 2.1
VM-1 влакно 2.2
Ортогонално напречно SVAM FRP (фибри E):
10: 1 1.9
1: 1 1.9
Стъклени влакна на базата на VM-1 влакно 1.95
Steel 30KhGSA 7.85
дуралуминиум D16 2.8

конци или връзки в различни посоки, или чрез използване като подсилване на стъкло (фибростъкло). Чрез промяна на съотношението на броя на монослоеве в различни посоки, е възможно да се регулира силата широко и модул фибростъкло Йънг.

Механичните свойства на база ламинат може да се променя с помощта на различни степени на влакна, простиращи за производство на стъкло, видове влакна в тъканта на плат (сатен, кепър, обикновена), съотношението на номерата на основа и вътък влакна.

Сред новите юана трябва да включва фибростъкло подсилен кух профил и стъклени влакна. Стъкло подсилена кухо влакно тежат по-малко, да има по-висока специфична здравина и твърдост

при огъване и натиск. Освен това, тези GRP има ниска диелектрична константа и достатъчно прозрачно.

влакна RMB кухата е трудно да се гарантира високо качество на самите влакна; Освен това, те имат повишена абсорбция на вода. Профилни нишки имат относително ниска якост на опън ( "1400 МРа), поради тяхната увредена метод формоване.

Еднопосочни фибростъкло, използвани за производството на специализирани продукти - ъгли, канали, тройници, тръби; те се използват за усилване и намаляване на теглото на метални конструкции - външен и вътрешен натиск цилиндър.

Материали пресичат армировка се използва в различни видове строителни конструкции, мембрани, секциите на крилата, опашката и фюзелажа на самолета. От тези материали, изготвени ламарини, тръби, контейнери, кутии ракета твърдо ракетно гориво двигатели, съдове под налягане, остриета хеликоптер, радарни обтекателите, резервоари за гориво, брони самолети, машинни корпуси, плесени, предпазни капаци на машини, изолатори за електродвигатели и трансформатори, редят резервоари за инженерна химия и много други продукти за различни области на технологиите.

Един от най-значителните недостатъци ориентирани пластмаси - тяхната ниска якост на срязване на междинен слой. Този недостатък се преодолее чрез по FRP пространствено армировка. Махни го, като се използва като пълнител многослойна пространство зашити фибростъкло. В тази сила случай на срязване KM увеличава на 2 - 2,5 пъти, но поради значителното кривината на якостта на опън на влакното намалява.

Неориентиран GRP съдържат произволно разположени в равнината (в по-малко пространство) и късите влакна имат по-големи от ориентиран пластмасов изотропни свойства. Тяхната здравина и твърдост по-ниска, но в същото време и разходи по-ниска от тази на ориентирани пластмаси. Сред неориентирани фибростъкло включва преса - FRP. Те се произвеждат от дълги стъклени влакна е 5 - 100 мм, а частично втвърдено свързващо вещество в пресата формоване - форми при високи налягания. Физико-механични свойства на някои битови FRP са показани в таблица 4.4.

Отечественная промышленность выпускает также стеклопластики на основе матов (стеклохолстов) из хаотично расположенных нитей или штапельных волокон, скрепленных между собой механически (прошивкой) либо с помощью различных эмульсий и смол. Маты, совместно со связующим, подвергают контактному или вакуумному формованию. Такие стеклопластики самые дешевые.

Таблица 4.4 – Физико-механические свойства некоторых

отечественных пресс волокнитов

индикатори АГ-4В 33-18В П-5-2 КМС-9 РТП-170 РТП-200
Плотность, г/см 3 1,7-1,9 1.9 1,7-1,8 1,6 –1,9 1,7–1,85 1,75-1,85
Разрушающее напряжение, при:
растяжении, МПа 130-180 - 15-18 - -
изгибе, МПа
сжатии, МПа
ударная вязкость, кДж/м 2

К неориентированным стеклопластикам относятся также материалы, получаемые одновременным напылением рубленных волокон и связующего на форму. Такая технология позволяет механизировать получение заготовок и снизить стоимость ПКМ.

Неориентированные пластики применяют в производстве светопрозрачных покрытий для теплиц, корпусов лодок, автомобилей, мебели, дачных домиков, покрытий полов, облицовки бетонных и железобетонных конструкций, силовых деталей электрооборудования и др.

В настоящее время в стоматологии для пломбирования, протезирования и восстановления анатомической формы зубов применяются также полимерные композиционные материалы, которые можно отнести к стелопластикам. Таким материалом, например, является светоотверждаемый микрогибридный композиционный пломбировочный материал ”LATELUX”. Матрицей этого материала являются термореативные полимерные материалы, а наполнителем мелкозернистое барий-алюминий-боросиликатное стекло и диоксид кремния со средним размером частиц 0,6 мкм. Содержание наполнителя составляет 60,8%. Затвердевает материал под воздействием видимого света в течении 60 с на глубину 4,5 - 6,0 мм.

Углепластики - это ПКМ, содержащие в качестве наполнителя углеродные волокна. В литературе углепластики называют также карбоволокнитами, карбопластами и углеродопластами.

В зависимости от температуры нагрева исходных волокон получают низко- и высокомодульные углеродные волокна, которые выпускают в виде жгутов и лент различной ширины.

Углепластики с низкомодульными волокнами в качестве конструкционных не используют. Из них изготавливают токопроводящие, теплозащитные и антифрикционные материалы.

Для конструкционных углепластиков характерны низкая плотность высокий модуль упругости, прочность, термостойкость, низкий коэффициент линейного расширения, высокие тепло- и электропроводность.

Свойства материалов определяются материалом связующего, свойствами, концентрацией и ориентацией волокон. Углепластики на основе эпоксидных смол имеют высокие характеристики прочности при температурах ниже 200°С.

По удельной прочности и жесткости углепластики оставляют далеко позади стеклопластики, сталь, алюминиевые и титановые сплавы.

В углепластиках, предназначенных для длительной работы при температурах до 250°С, используют фенольные смолы, до 300°С - кремнийорганические и до 330°С - полиимидные связующие.

Разрабатываются связующие с рабочими температурами до 417°С.

Еще более выраженным, чем у стеклопластиков, недостатком углепластиков является низкая прочность при межслоевом сдвиге. Это связано со слабой адгезией полимеров к углеродным волокнам.

Анизотропия свойств у углепластиков выражена еще более резко, чем у стеклопластиков. Связано это с тем, что отношение модулей упругости наполнителя и связующего у углепластиков существенно выше, чем у стеклопластиков. Кроме того, для углепластиков характерно наличие разницы между упругими свойствами самих волокон вдоль оси и перпендикулярно к ней, что приводит к дополнительной анизотропии.

Углепластики отличает высокое сопротивление усталостным нагрузкам. По величине предела выносливости на единицу массы углепластики значительно превосходят стеклопластики и многие металлы. Ценное свойство углепластиков - их высокая демпфирующая способность и вибропрочность. По этим показателям углепластики превосходят металлы и некоторые другие конструкционные материалы.

Сочетание высокой жесткости, усталостной и вибрационной прочности делает углепластики перспективным материалом для конструкций, которые работают в условиях возможного возникновения флаттера (обшивки самолетов, лопасти вентиляторов двигателей и т.п.) и для других деталей летательных аппаратов.

Характерная особенность углепластиков - высокая теплопроводность, которая зависит от объемной доли и ориентации волокон, а также от направления теплового потока. Так, теплопроводность однонаправленного углепластика на эпоксидном связующем в направлении оси волокон составляет около 13 ккал/(мּСּч), что близко к теплопроводности титана, а в перпендикулярном направлении она равна 0,54 - 0,8 ккал/(мּСּч), что всего в 1,5 - 2 раза выше, чем у стеклопластиков.

Углепластики обладают достаточно высокой электропроводностью, что поз воляет применять их как антистатические и электрообогревающие материалы.

В некоторых случаях применение в качестве наполнителя только углеродных волокон не обеспечивает необходимую вязкость, эрозионную стойкость, прочность при сжатии, растяжении и сдвиге. Тогда связующие одновременно армируют углеродными и стеклянными или углеродными и борными волокнами. Комбинированное армирование позволяет расширить диапазон значение прочности, жесткости и плотности ПКМ. Полимерные материалы, армированные углеродными и стеклянными волокнами, называют углепластиками или карбостекловолокнитами. Полимерные материалы, в которых в качестве наполнителя используются углеродные и борные волокна, называют углеборопластиками или карбобороволкнитами.

Применяются углепластики в первую очередь в таких отраслях новой техники, как космонавтика, авиация и ядерная техника. Именно здесь нужны материалы с высокой прочностью и жесткостью при низкой плотности. Кроме того, относительно высокая (по сравнению со стеклопластиками и металлами) стоимость этих ПКМ, обусловленная недостаточно большими пока масштабами производства, для этих областей промышленности не становится препятствием.

В космической технике углепластики применяют для солнечных батарей, баллонов высокого давления, теплозащитных покрытий.

ПКМ с углеродными волокнами используют в качестве конструкционных радиационно-стойких материалов для рентгеновской аппаратуры и космических приборов, изготовления контейнеров, используемых в ядерных экспериментах (графит имеет малое сечение захвата нейтронов).

Химическая стойкость углепластиков позволяет применять их в производстве кислотостойких насосов, уплотнений и т.д.

Углеродные волокна имеют низкий коэффициент трения - и это дает возможность использовать их в качестве наполнителя для различных связующих, из которых делают подшипники, прокладки, втулки, шестерни.

УУКМ - углерод-углеродные композиционные материалы, представляют отдельную группу углепластиков, у которых армирующим волокном является углеродное волокно, а матрицей пироуглерод, кокс каменноугольного и нефтяных пеков и стеклоуглерод.

Свойства углеродных волокон были рассмотрены ранее. Матричные материалы представляют собой, как правило, одну из переходных форм углерода, которые были рассмотрены ранее при изучении свойств графита.

Свойства УУКМ аналогичны свойствам других углепластиков. Однако их отличает то, что для них характерно некоторое улучшение механических свойств с повышением температуры. Это объясняется релаксацией внутренних напряжений за счет улучшения пластических свойств при повышенных температурах и “залечиванием” дефектов вследствие термического расширения материала при повторном нагреве до температуры изготовления. На рисунке 4.9 показано изменение прочности при испытаниях на растяжение с изменением температуры УУКМ. Как видно, прочность на растяжение в направлении осей z и x увеличивается. С увеличением температуры увеличивается и коэффициент линейного термического расширения и теплопроводности.

Применяются УУКМ в авиастроении для изготовления тормозных дисков толщиной не более 25 мм. Диски эксплуатируются в самолетах “Конкорд”. Для самолета “Мираж -2000” используют конструкции тормозных дисков из УУКМ марки “Сепкарб - 45” и “Сепкарб - 43”. Это позволяет снизить массу тормозных систем на 42 - 48%.

Применяются УУКМ в возвращаемых космических объектах. Так в программе “Apollo” из УУКМ “Пирокарб - 406” изготавливали наружную стенку контейнера для хранения капсулы с изотопами.

Рисунок 4.9 – Зависимость прочности при испытаниях на

растяжение УУКМ от температуры

(УУКМ трехмерного армирования;

распределение прядей 2 х , 2 у , 3 z ;

прочность на растяжение в направлениях:

1- х , 2 – у )

Для теплозащиты космического корабля “Шаттл” используется углерод-углеродный композиционный материал, сохраняющий прочность при нагреве до температур 1650°С.

В металлургической промышленности из УУКМ изготавливают пресс-формы для горячего прессования тугоплавких металлов и сплавов. Эти пресс-формы отличаются высокой прочностью, термостабильностью, высоким сопротивлением к термическому удару, малой массой, химической инертностью, способностью быстро охлаждаться и, кроме того, более длительным сроком эксплуатации. Штампы из УУКМ сохраняют прочно ть до температур 1000°С. Наиболее часто используется композиционный материал марки “Карбитекс”. Его применение позволяет снизить массу штампа, по сравнению с металлическим в 100 раз.

В машиностроении для изготовления подшипников скольжения используются антифрикционные материалы марки НИГРАН, НИГРАН-В на основе графитов, пропитанных полимерными связующими.

В медицине УУКМ имеют перспективу использования для изготовления армирующих пластинок для соединения костей при переломах, изготовления сердечных клапанов, имплантируемых зубов, зубных протезов.

В реактостроении углерод-углеродные материалы применяются для изготовления узлов активной зоны высокотемпературных водоохлаждаемых реакторов.

В электротехнике УУКМ может применяться для создания нагревательных элементов при рабочих температурах до 3000°С.

Боропластики (бороволокниты) - это ПКМ, в которых как арматуру используют борные волокна.

Диаметр борных волокон 90 - 150 мкм, в то время как диаметр элементарных углеродных волокон 5 - 7 мкм. Борную арматуру применяют в виде арматурных нитей, однонаправленных лент различной ширины, листового шпона и тканей.

Свойства. Плотность боропластиков 2,2 г/см 3 - выше, чем углепластиков. Но большой диаметр волокон обеспечивает большую устойчивость изделий из них под действием сжимающих нагрузок. Наибольшую прочность и жесткость удается реализовать в однонаправленных боропластиках вдоль оси волокон.

Недостатком однонаправленных боропластиков, как и других ПКМ с такой текстурой, является низкая прочность и жесткость в направлениях, перпендикулярных к оси волокон. Чтобы повысить эти характеристики используют перекрестное армирование с расположением слоев под углами 90, 60 и 45°. Перекрестно армированные боропластики имеют меньшую анизотропию свойств.

ПКМ с борными волокнами имеют высокие значения предела усталостной прочности, который очень слабо зависит от температуры испытаний в пределах работоспособности связующего.

Сочетание перечисленных свойств делает целесообразным применение боропластиков в изделиях, работающих в условиях вибрации.

Как и для углепластиков, для боропластиков в качестве связующего чаще всего используются эпоксидные смолы. Термостойкие связующие для своего отверждения нуждаются в больших давлениях и высоких температурах; часто бывает трудно обеспечить отсутствие в них пор, пористость может доходить до 7 -20%.

Борные волокна относятся к классу полупроводников, что позволяет получать в армированных ими ПКМ сравнительно высокие значения тепло- и электропроводности.

Применяются боропластики, как и углепластики, в космической и авиационной технике. Их высокая прочность и жесткость при сжатии используется при конструировании несущих частей летательных аппаратов - балок, панелей и т.д. Например, если металлическая двутавровая балка работает на изгиб, то ту ее полку, на которой действуют сжимающие напряжения, усиливают пластинами из боропластика, а другую полку, работающую на растяжение, упрочняют углепластиком. Масса такой балки на 20 - 30% ниже, чем масса балки из алюминиевых сплавов при одинаковой несущей способности.

В настоящее время проектируется применение боропластиков в лопастях несущих и хвостовых винтов и в трансмиссионных валах вертолетов, в стойках шасси, отсеках фюзеляжа, обшивке крыльев самолетов, в дисках компрессоров газотурбинных двигателей. В перспективе использование боропластиков в корпусных деталях, работающих при всестороннем или одноосном сжатии, в трубах, сосудах внутреннего давления. Замена металлических изделий боропластиковыми позволяет снизить их массу, повысить удельную жесткость, статическую прочность предел выносливости и вибропрочность.

Металлопластики - это ПКМ, содержащие в качестве наполнителя металлические волокна.

Наиболее широко как наполнитель для металлопластиков применяют стальную проволоку. Она недорога, промышленностью выпускается в широких масштабах, при технологических операциях практически не утрачивает своей прочности.

По сравнению с другими ПКМ у металлопластиков повышенная ударная вязкость и статическая усталость (т.е. они мало разупрочняются во времени), меньший разброс свойств, высокая эрозионная стойкость.

Недостаток металлопластиков, армированных стальными волокнами, - их высокий удельный вес, поэтому удельная прочность у них ниже, чем у боро-, угле- и стеклопластиков, а удельная жесткость приближается к последним. Этого н едостатка лишены металлопластики, армированные бериллиевой проволокой. Эти материала перспективны. Но, чтобы металлопластики, в которых они используются как наполнитель, оказались конкурентоспособными с другими ПКМ, необходимо повысить пластичность бериллиевых проволок. Кроме того бериллий токсичен, поэтому при работе с ним нужно соблюдать специальные меры техники безопасности.

Металлические волокна часто добавляют в боро- и углепластики. Это повышает вязкость разрушения, сопротивление распространению трещин, эрозионную стойкость, теплозащитные характеристики.

Карбидопластики - это ПКМ, содержащие в качестве наполнителя волокна карбидов. В настоящее время исследуются свойства связующих с волокнами карбида кремния SiC.

Пока карбидопластики имеют несколько меньшую прочность, чем боропластики, но больший модуль Юнга. Это вызвано тем, что выпускаемые в настоящее время волокна SiC менее прочны при низких температурах чем борные, но обладают большей жесткостью.

Использовать волокна SiC в качестве наполнителя целесообразно для термостойких связующих. Преимущество карбидокремниевых волокон перед борными в их меньшей чувствительности к повышенным температурам, большей высокотемпературной прочности и длительной прочности. Поэтому карбидопластики, вероятнее всего, найдут применение в качестве материалов для изделий высокотемпературного назначения.

Органопластики (органоволокниты) - это ПКМ, содержащие в качестве наполнителя органические волокна. Это самый старый вид ПКМ, появившийся в начале 20 века. Частично эти виды ПКМ рассматривались ранее в разделе «Термореактивные пластмассы».

В начале развития их армировали природными органическими волокнами - хлопчатобумажными, льняными, джутовыми, целлюлозными. Однако недостаточно высокий уровень прочности, жесткости, термостойкости и дефицитность природных волокон привели к постепенному вытеснению их синтетическими волокнами - капроном, нитроном, найлоном, лавсаном и др. Отличительные особенности органопластиков - их низкая плотность, высокая стабильность свойств, низкая пористость, повышенная пластичность и ударная вязкость, низкая теплопроводность (в 2 - 3 раза ниже, чем у стеклопластиков).

В последние годы разработаны новые типы органических волокон, из которых наиболее прочны и жестки волокна марки RKD - 49 (фирмы “Du Pont” - США) на основе ароматических полиамидов.

Недостаток органопластиков их низкая прочность при сжатии.

Иногда изготавливают, так называемые, самоармированные органоволокниты. Это материалы, в которых матрица и арматура имеют одинаковый химический состав, но различную структуру. Так, полиамидные смолы армируют полиамидными волокнами.

Органопластики используют в качестве конструкционных материалов (преимущественно с волокнами типа RKD - 49). Их применение в сотовых конструкциях, панелях пола и потолка, дверях, перегородках и задних стойках крыльев самолетов позволяет резко снизить массу конструкций и увеличить их полезную мощность. Органопластики широко применяют в электро- и радиотехнике для изготовления корпусов приборов, радиопрозрачных обтекателей антенн, изоляторов. Их используют и в теплозащитных устройствах.

4.4 КЕРАМИЧЕСКИЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (ККМ)

Керамические композиционные материалы (ККМ) представляют собой материалы, в которых матрица состоит из керамики, а арматура - из металлических или неметаллических, волокнистых наполнителей. Армированные волокнами материалы на основе порошковых комбинированных матриц, в которые входят тугоплавкие неметаллические частицы и металл - связка, условно будем относить также к ККМ.

Керамические материалы характеризуются высокими точками плавления, высокой прочностью на сжатие, сохраняющейся при достаточно высоких температурах, и высокой стойкостью к окислению. Эти свойства керамики в течении многих веков использовались при изготовлении футеровки печей, огнеупорных изделий и т.д. В настоящее время требования к керамике, как к конструкционному изделию значительно возросли. Наряду с перечисленными свойствами от нее требуется высокая прочность на растяжение и ударная вязкость, стойкость к вибрациям и термоудару. Такими свойствами обладают, например, некоторые металлы. Сопоставление свойств керамики и металлов привело к попыткам создать КМ, в которых керамическая матрица сочетается с металлическими включениями в виде порошка. Так появились керметы .

Дальнейшими исследованиями бы ло установлено, что еще больший эффект дает введение в керамическую матрицу волокон металла. Так, чтобы достичь одинаковой с керметом термостойкости, в керамику нужно ввести примерно в 3 раза меньше металла в форме волокон, чем виде порошка. Аналогичные исследования были, затем проведены в области введения в керамическую матрицу керамических волокон.

В ККМ нагрузка переносится с малопрочной матрицы на более прочную арматуру. Однако эффект увеличения предела прочности при растяжении наблюдается у ККМ не всегда. В некоторых случаях композиция получается менее прочной, чем неармированная матрица. Объяснить это можно сочетанием в ККМ малой пластичности с высоким модулем упругости при растяжении. Из-за этого удлинение матрицы при напряжении ее разрушения оказывается недостаточным для того, чтобы передать значительную часть нагрузки армирующим элементам.

Увеличение ударной вязкости армированной керамики объясняется лучшим распределением механических усилий, а также ограничением распространения трещин в матрице за счет армирующих волокон. Аналогично объясняется и повышение стойкости армированной керамики к термоудару.

Для изготовления ККМ применяют три основных метода: горячее прессование, прессование с последующим спеканием и шликерное литье.

Выбирая металлические волокна для армирования, нужно учитывать их способность к рекристаллизации в области высоких температур. Большое значение имеет и геометрия волокон, т.к. на прочность сцепления волокон с матрицей кроме диффузионных и химических процессов влияет и чисто механическое сцепление. Улучшить последнее можно, создавая шероховатость на поверхности волокон ворсовкой их или травлением.

Химическое взаимодействие между волокном и матрицей протекает преимущественно по поверхностям контакта компонентов.

Важното е, въпроса за ориентацията на влакната. Те могат да бъдат подредени в матрица, както е указано, и хаотично. Познаването на ориентацията на влакната в материала, необходими за избора на неговата работа схеми.

Пример за CMC, където матрицата модул-нисък модул усилващите влакна може да бъде подсилен волфрам керамика, състояща се от 50% каолин 30% силициев диоксид и 20% фелдшпат. Тази формулировка матрица обикновено се използва за електрически изолатори. В такива състави, влакното е в състояние да поеме значителна част от общото натоварване, дори и при ниска разтегливост, която позволява на керамиката за неговото унищожаване. Когато съдържанието на укрепване на повече от 40% от якостта на опън на състава се влошава. Това се дължи на факта, че не е възможно да се получи не-порест материал за голям обем съдържание проводници.

Керамична композиция с керамични влакна имат някои предимства пред СМС с метална армировка. Тази малка разлика в стойностите на модул и термично разширение коефициенти Йънг; химичен афинитет, топлоустойчивостта на оксид по време на производството и експлоатацията др KM

Типични керамични композиции за влакнеста укрепваща която отваря нови области на приложение са например СМС на базата на хромов окис. За производството на огнеупорни изделия чист хром оксид почти не се прилагат, защото е слабо изпечен. Порьозността на обичайните методи за производство на керамика е 40% или повече, и механичните свойства са ниски. От съществено значение е да се увеличи устойчивостта на сила и топлина на хром оксид е в състояние да използва като подсилваща добавка на мулитни мустаци.