В разделе Книги приведен список книг в элетронном формате на различную тематику

ТиПы И кЛаСсИфИкАцИя КоМпОзИцИоНнЫх МаТеРиАлОв

1. Композиционные материалы с металлической матрицей.
Композиционные материалы состоят из металлической матрицы (чаще Al, Mg, Ni и их сплавы), упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материалы) или тонкодисперсными тугоплавкими частицами, не растворяющимися в основном металле (дисперсно-упрочненные материалы. Металлическая матрица связывает волокна (дисперсные частицы) в единое
целое. Волокно (дисперсные частицы) плюс связка (матрица), составляющие
ту или иную композицию, получили название композиционные материалы.
2. Композиционные материалы с неметаллической матрицей.
Композиционные материалы с неметаллической матрицей нашли широ-
кое применение. В качестве неметаллических матриц используют полимер-
ные, углеродные и керамические материалы. Из полимерных матриц наи-
большее распространение получили эпоксидная, фенолоформальдегидная и
полиамидная. Угольные матрицы коксованные или пироуглеродные получа-
ют из синтетических полимеров, подвергнутых пиролизу. Матрица связывает
композицию, придавая ей форму. Упрочнителями служат волокна: стеклян-
ные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов
(оксидов, карбидов, боридов, нитридов и других), а также металлические
(проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.
Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов,
их сочетания, количественного соотношения и прочности связи между ними.
Армирующие материалы могут быть в виде волокон, жгутов, нитей, лент,
многослойных тканей.
Содержание упрочнителя в ориентированных материалах составляет 60-
80 об. %, в неориентированных (с дискретными волокнами и нитевидными
кристаллами) – 20-30 об. %.

2.1 Волокнистые композиционные материалы.
Композиционные материалы с волокнистым наполнителем (упрочните-
лем) по механизму армирующего действия делят на дискретные, в которых
отношение длинны волокна к диаметру l/d≈10÷10³, и с непрерывным волок-
ном, в которых l/d≈∞. Дискретные волокна располагаются в матрице хаотич-
но. Диаметр волокон от долей до сотен микрометров. Чем больше отношение
длинны к диаметру волокна, тем выше степень упрочнения.
Часто композиционный материал представляет собой слоистую структу-
ру, в которой каждый слой армирован большим числом параллельных непре-
рывных волокон. Каждый слой можно армировать также непрерывными во-
локнами, сотканными в ткань, которая представляет собой исходную форму,
по ширине и длине соответствующую конечному материалу. Нередко волок-
на сплетают в трехмерные структуры.
Композиционные материалы отличаются от обычных сплавов более вы-
сокими значениями временного сопротивления и предела выносливости (на
50 – 10 %), модуля упругости, коэффициента жесткости (Е/γ) и пониженной
склонностью к трещинообразованию. Применение композиционных мате-
риалов повышает жесткость конструкции при одновременном снижении ее
металлоемкости.
Прочность композиционных (волокнистых) материалов определяется
свойствами волокон; матрица в основном должна перераспределять напря-
жения между армирующими элементами. Поэтому прочность и модуль упру-
гости волокон должны быть значительно больше, чем прочность и модуль
упругости матрицы. Жесткие армирующие волокна воспринимают напряже-
ния, возникающие в композиции при нагружении, придают ей прочность и
жесткость в направлении ориентации волокон.

Композиционные материалы на металлической основе обладают высо-
кой прочностью (σ В , −1 σ ) и жаропрочностью, в то же время они малопла-
стичны. Однако волокна в композиционных материалах уменьшают скорость
распространения трещин, зарождающихся в матрице, и практически полно-
стью исчезает внезапное хрупкое разрушение. Отличительной особенностью
волокнистых одноосных композиционных материалов являются анизотропия
механических свойств вдоль и поперек волокон и малая чувствительность к
концентраторам напряжения.
Рассмотрим зависимость В σ и Е бороалюминевого композиционного ма-
териала от содержания борного волокна вдоль и поперек оси армирования.
Чем больше объемное содержание волокон, тем выше В σ _{−1 ,} σ и Е вдоль оси
армирования. Однако необходимо учитывать, что матрица может передавать
напряжения волокнам только в том случае, когда существует прочная связь
на поверхности раздела армирующее волокно – матрица. Для предотвраще-
ния контакта между волокнами матрица должна полностью окружать все во-
локна =, что достигается при содержании ее не менее 15-20 %.
Матрица и волокно не должны между собой взаимодействовать (должна
отсутствовать взаимная диффузия) при изготовлении и эксплуатации, так как
это может привести к понижению прочности композиционного материала.
Анизотропия свойств волокнистых композиционных материалов учиты-
вается при конструировании деталей для оптимизации свойств путем согла-
сования поля сопротивления с полями напряжения.
Армирование алюминиевых, магниевых и титановых сплавов непрерыв-
ными тугоплавкими волокнами бора, карбида кремния, доборида титана и
оксида алюминия значительно повышает жаропрочность. Особенностью
композиционных материалов является малая скорость разупрочнения во вре-
мени с повышением температуры.

По длительной прочности они превосходят деформируемые алюминиевые сплавы. Длительная прочность 100 σ для сплавов САП-1 и САП-2 при 500 °С составляет 45-55 МПа.
Большие перспективы у никелевых дисперсно-упрочненных материалов.
Наиболее высокую жаропрочность имеют сплавы на основе никеля с 2-3 об.
% двуоксида тория или двуоксида гафния. Матрица этих сплавов обычно γ-
твердый раствор Ni + 20 % Cr, Ni + 15 % Mo, Ni + 20 % Cr и Mo. Широкое
применение получили сплавы ВДУ-1 (никель, упрочненный двуокисью то-
рия), ВДУ-2 (никель, упрочненный двуокисью гафния) и ВД-3 (матрица Ni
+20 % Cr, упрочненная окисью тория). Эти сплавы обладают высокой жаро-
прочностью. При температуре 1200 °С сплав ВДУ-1 имеет 100 σ ≅ 75 МПа и
1000 σ ≅ 65 МПа, сплав ВД-3 - 100 σ ≅ 65 МПа. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы, так же как волокнистые, стойки к разупрочнению сповышением температуры и длительности выдержки при данной температуре.

В разделе Книги приведен список книг в элетронном формате на различную тематику

http://artmetals.narod.ru

Artyomal@rambler.ru