ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные определения и классификация композиционных материалов из "Новые материалы " Композиционный материал (КМ) - это материал, состоящий из двух или нескольких компонентов, которые отличаются по своей природе или химическому составу, где компоненты объединены в единую монолитную структуру с границей раздела между структурными составляющими (компонентами), оптимальное сочетание которых позволяет получить комплекс физико-химических и механических свойств, отличающихся от комплекса свойств компонентов. [c.186] Компонент, непрерывный во всем объеме композиционного материала, называется матрицей. Компонент или компоненты прерывистые, разъединенные матрицей, называются арматурой или армирующим компонентом, или, иногда, наполнителем. Понятие армирующий означает введенный в материал с целью изменения его свойств , но не несет в себе однозначного понятия упрочняющий . [c.186] Композиционный материал классифицируется по нескольким основным признакам а) материалу матрицы и армирующих компонентов б) структуре геометрии (морфологии) и расположению компонентов (структурных составляющих) в) методу получения г) области применения. Рассмотрим некоторые аспекты классификационных характеристик композиционных материалов. [c.186] Зто прежде всего композиционные материалы на основе углерода, ко- орые считаются одними из самых перспективных конструкционных материалов, особенно в сочетании с углеродными волокнами [3]. [c.187] Армирующие компоненты, или наполнители во многом определяют свойства КМ. В настоящее время широкое применение нашли армирующие компоненты, изготовленные из 1) металлов и сплавов (сталь, бериллий, вольфрамат титана и др.) 2) неметаллов, таких как углерод и бор 3) керамики AljOj, Si , TiBj, Ti , AIN и др. 4) стекол, таких как стекло Е и стекло S 5) органических веществ, таких как лавсан, кевлар, полиэтилен и др. [c.187] Физико-механические свойства компонентов, наиболее широко используемых в настоящее время в качестве наполнителей, приведены в табл. 3.1 и 3.2. [c.187] Рассмотрим характеристики композиционных материалов в соответствии с морфологией фаз или геометрией армирующих компонентов. [c.190] Роль армирующих частиц сводится не столько к упрочнению матрицы, сколько к перераспределению приложенной нагрузки между матрицей и наполнителем. Причем важное назначение матрицы — это передача нагрузки армирующим частицам. Отметим, что свою роль армирующие частицы выполняют, если их содержание превышает 25 %. [c.191] В качестве армирующих компонентов используют металлы, интерме-таллиды, оксиды, нитриды и другие вещества, существенно отличающиеся от матрицы по физико-механическим свойствам. [c.191] Сравнительные свойства волокон, используемых в настоящее время в России и зарубежом, приведены в табл. 3.2. Как видно, волокна имеют очень высокий уровень свойств. Именно это позволяет реализовать идею создания волокнисто-армированных микро- и макроструктур, как структур материалов, в которых волокна, имеющие более высокий модуль упругости и предел прочности, чем матрица, воспринимают основную долю нагрузки. [c.192] Содержание волокон в матрице может меняться в широких пределах. Теоретически максимальное содержание волокон может достигать 91 % объема. Однако в реальных условиях уже при объемной доле волокон 80 % возникают проблемы на границе раздела волокно-матрица, что приводит к ухудшению свойств волокнистого композита. [c.192] Естественно, что выбор природы волокна определяется назначением композита и материалом матрицы, прежде всего физико-химической природой взаимодействия на границе раздела матрица—волокно. Однако при прочих равньгх условиях комплекс свойств волокнистого композита определяется геометрической схемой армирования (рис. 3.2). Схемы хаотичного армирования короткими волокнами, одномерно армированные короткими и длинными волокнами, могут быть использованы для любой матрицы, в то время как остальные - в основном только для полимерной матрицы. Следует также отметить, что схемы двумерного и пространственного армирования легче всего реализуются при изготовлении деталей и узлов из полимерных материалов. [c.192] Области применения. Обычно композиционные материалы стараются не классифицировать по применению, так как любая классификация носит достаточно условный и подчас конъюнктурный характер, поскольку композиционные материалы обычно многоцелевые. Тем не менее в первом приближении все композиционные материалы можно разделить на конструкционные и функциональные. Последние представляют большую группу материалов с особыми физическими свойствами и в настоящей главе рассматриваться не будут. Основное внимание будет уделено конструкционным композиционным материалам — материалам, из которых изготавливаются конструкции и детали машин, работающих в условиях механических нагрузок. [c.194] Помимо необходимости воспринимать механические нагрузки, композиционный материал должен выполнять и дополнительные функции. Поэтому конструкционные композиционные материалы в некоторой степени являются и функциональными и в зависимости от назначения помимо комплекса механических свойств должны обладать еще и комплексом специальных свойств, например, жаропрочностью и жаростойкостью, коррозионностойкостью, износостойкостью и т. д. Соответственно и конструкционные композиционные материалы должны разделяться на подклассы различного назначения или, что наиболее желательно, один и тот же композит должен обеспечивать необходимый комплекс механических и специальных свойств. [c.194] Вернуться к основной статье