Взаимодействие между волокнами

Значительное влияние на свойства композиций при повышенных температурах может оказывать физико-химическое взаимодействие между волокнами и матрицей, приводящее к растворению или разупрочнению волокон н образованию прослоек хрупких фаз на границе раздела. [c.637]

Применение защитных покрытий для уменьшения взаимодействия между волокном и матрицей. [c.28]

Используя преимущества цилиндрической симметрии, можно легко получить аналитические выражения для напряжений в композите. Поскольку коэффициенты Пуассона волокна и матрицы в условиях продольного нагрул ения различны, в компонентах композита возникают радиальные и тангенциальные напряжения. Они обусловлены наличием прочной связи между компонентами, которая вынуждает волокно и матрицу деформироваться совместно, а не независимо. Механическое взаимодействие между волокном и матрицей определяется, в основном, различием коэффициентов Пуассона и, в меньшей степени, различием модулей Юнга. [c.51]

Авторы работы [16] предложили использовать этот вид механической связи в тех случаях, когда имеются значительные трудности в регулировании химического взаимодействия между волокном и матрицей. Со времени выполнения этой работы были достигнуты большие успехи в понимании и регулировании связей реакционного типа, и поэтому потребность в предложенном решении оказалась не столь уж насущной. Кроме того, указанный механический тип связи не обеспечивает передачу нагрузки в направлениях, отличных от продольного, что является еще одним возражением против его использования. [c.81]

Взаимодействие между волокнами 66 [c.429]

Механические свойства композита в значительной мере зависят от степени молекулярного взаимодействия волокна со смолой на поверхности раздела. Для достижения максимальной адгезионной прочности необходимо знать природу этого взаимодействия. Тот факт, что удельная поверхность волокна небольшая, еще не означает отсутствие достаточного взаимодействия между волокном и смолой. Так, в табл. 1 показано, что композиты, армированные необработанными волокнами стекла, бора и карбида кремния с незначительной площадью адгезионного соединения, обладают высокой прочностью на сдвиг напротив, материалы, армированные [c.263]

Физические характеристики (1) — (3) и фактор (5) могут быть определены непосредственно. С другой стороны, в группу параметров, характеризующих процесс получения слоя, входят такие, как температура, давление при отверждении, продолжительность цикла отверждения, взаимодействие между волокнами и матрицей и др. Как видно, на прочность слоя влияет большое количество факторов. Отметим также, что прочность слоя зависит от напряженного состояния, вызванного приложенной нагрузкой. Это служит отличительной чертой композиционных материалов по сравнению с традиционными конструкционными материалами. [c.121]

Тип химического взаимодействия между волокнами и матрицей в металлических композиционных материалах определяет их принадлежность к одной из трех групп. Приводимое ниже деление основано на термодинамической совместимости или несовместимости составляющих композиционного материала. Во многих отношениях такое деление весьма условно, и не всегда тот или иной композиционный материал можно отнести к конкретной группе. Однако для дальнейшего обсуждения даже такое деление будет полезным. [c.58]

Предположение об отсутствии взаимодействия между волокнами при чистом изгибе может быть подтверждено следующим рассуждением. Предположим, что мы вырезали из бруса продольный элемент в виде прямоугольного параллелепипеда (рис. 12.4), одна из граней которого выходит на поверхность. На этой грани нет никакой, в том числе нормальной, поверхностной нагрузки. Следовательно, не действует нормальное напряжение и на нижнюю грань элемента, обращенную внутрь бруса, так как такое напряжение нечем было бы уравновесить, если предполагать, что на торцах и боковых гранях элемента не действуют вертикальные касательные напряжения, поскольку в деформированном брусе сохраняется ортогональность линий сетки и, следовательно, нет сдвигов. Выделяя аналогичный элемент под ранее рассмотренным и применяя к нему такие же рассуждения, придем и по отношению к нему к аналогичному выводу. Продолжая этот процесс, обследуем элементы по всей толщине бруса. Так как первый эле- [c.103]

Важным требованием к такого рода материалам является адгезионное взаимодействие между волокном и матрицей. Это связано с тем, что при работе автоэлектронного катода возникают большие пондеромоторные нагрузки, которые могут приводить к выдергиванию волокон из матрицы. [c.50]

Для достижения желаемой совместимости между матрицей и волокном может быть использовано несколько подходов. Они включают контроль состава матрицы, содержания примесей, размера волокна, диффузионных барьеров, условий производства композиций. Как указывалось ранее, относительно влияния добавляемых легирующих элементов к меди [18], некоторые добавки оказались более вредными, чем другие. Правильному выбору состава жаропрочного сплава должен помочь контроль взаимодействия между волокном и матрицей. Изменение свойств композиционного материала в зависимости от состава матрицы отметили Баски [2] и Дин [4]. В этих исследованиях несколько стандартных жаропрочных сплавов использовали в качестве матрицы для композиций, упрочненных тугоплавкой проволокой. Было найдено, что применением матриц, специально разработанных для улучшения совместимости с тугоплавкой проволокой, можно повысить [c.250]

Контроль взаимодействия между волокном и матрицей позволяет производить композиционные материалы со свойствами, отвечающими правилу смеси. [c.307]

Металлы с высокой пластичностью и прочностью хорошо совмещаются с высокопрочными и жесткими волокнами с низкой плотностью и пластичностью, образуя КМ с повышенной жесткостью и малой массой. Примером такой комбинации может быть титан, армированный волокнами бора или карбида кремния. Однако такие системы имеют пониженную усталостную прочность из-за остаточных напряжений и химического взаимодействия между волокнами и матрицей при высоких температурах изготовления. Кроме того, механическая обработка КМ на основе титановой матрицы представляет большие трудности. Недостатком этого вида КМ также является высокая реакционная способность титановой матрицы. Свойства металлических КМ на основе титановой матрицы представлены в табл. 28.13. [c.874]

При выводе последних нами принималось допущение об отсутствии взаимодействия между волокнами, не соответствующее действительности. Естественно поставить вопрос о надежности получаемых результатов. Для ответа на этот вопрос воспользуемся результатами расчета криволинейных стержней, выполненного для случая прямоугольного сечения, без указанного допущения. Согласно этому расчету влияние взаимодействия между волокнами сказывается на величине наибольших по абсолютной величине нормальных напряжений следующим образом [c.324]

Таким образом, влияние взаимодействия между волокнами ва величину нормальных напряжений в сечении даже при очень большой кривизне стержня настолько незначительно, что допу- [c.324]

Пользуясь этим выражением для нормального напряжения, можно было бы, так же как и для прямолинейного стержня, вывести формулу для нахождения касательных напряжений. Однако из-за неучета взаимодействия между волокнами получаемые таким образом результаты оказываются худшими, чем при использовании для криволинейных стержней той же формулы, что и для прямолинейных. В то же время последняя приводит лишь к малой погрешности даже при очень большой кривизне. Так, в случае прямоугольного сечения отношение величины наибольшего касательного напряжения Туп, определенной методами теории упругости, к наибольшему касательному напряжению Тпр, найденному по формуле для прямолинейных стержней, составляет [c.329]

Для оценки функции распределения прочности волокон по результатам испытаний их пучков воспользуемся математической моделью, описывающей разрушение пучка при наличии взаимодействия между волокнами. Такие пучки являются частной моделью композита с матрицей низкой прочности. Однако для пучков слабо взаимодействующих волокон можно предложить более простую модель, позволяющую отразить физическую сущность явления и описать его аналитически. [c.28]

Рассмотрим осевое сжатие. При малых углах армирования спиральных слоев (до 12—17°) разрушение стержня вызывается разрушением спиральных волокон при сжатии в соответствии с критерием (5.39). При больших углах армирования происходит разрушение связующего или нарушение адгезионного взаимодействия между волокнами и связующим (соот- [c.346]

Под прикладной теорией упругости понимают обычно раздел теории упругости, в котором кроме предположения об идеальной упругости материала вводятся дополнительные упрощающие гипотезы, такие как гипотезы плоских сечений или об отсутствии взаимодействия между продольными волокнами стержня в сопротивлении материалов. Так, например, для пластин и оболочек вводится упрощающая гипотеза о прямолинейном элементе, ортогональном к срединной поверхности как до, так и после деформации и др. В основном в прикладной теории упругости изучаются расчеты на изгиб и устойчивость тонкостенных элементов конструкций тонкостенные стержни, пластины, оболочки. [c.185]

Среди возможных видов разрушения различают разрыв матрицы, разрыв на границе раздела между волокном и матрицей и разрыв волокон. Эти виды разрушения не являются независимыми, а могут взаимодействовать и стимулировать друг друга. Начало разрушения, очевидно, определяется внутренним напряженным состоянием, которое зависит от действующей нагрузки, геометрического строения композита и свойств его компонентов. Может оказаться, что напряженное состояние является очень сложным, и определить его аналитически чрезвычайно трудно поэтому экспериментальные исследования играют существенную роль, а иногда просто необходимы. Экспериментальные методы, применяемые для изучения механики композитов, включают метод фотоупругости, тензометрический метод, метод муара и голографию. Метод фотоупругости применим к разнообразным задачам и особенно эффективен при изучении микро-механики. [c.493]

Прервем здесь обсуждение возможных свойств каждого класса композитных материалов, чтобы привести обобщенную схему классификации поверхностей раздела. Схема основана на типе химической реакции между волокном и матрицей. Термин реакционноспособный применяется здесь к материалам, которые взаимодействуют с образованием нового химического соединения (соединений). Можно выделить три следующих класса композитных материалов [c.14]

Общий результат взаимодействия между матрицей и волокном будет зависеть от влияния данной реакции на характер разрушения волокна, отслаивание, прочность поверхности раздела при сдвиге и многие другие характеристики. Неудивительно поэтому, что пока роль этих многочисленных факторов полностью не выяснена ни для одной конкретной композитной системы. [c.27]

Механическая связь. Чисто механическая связь предполагает отсутствие всяких источников химического взаимодействия. Она может образоваться при механическом сцеплении (например, в случае борных волокон со структурой кукурузного початка) или из-за трения, возникающего между волокном и матрицей при стеснении последней. [c.79]

Характеристики поверхности раздела и субструктуры матрицы позволяют оценить взаимодействие между матрицей и волокном и возможные отклонения от условия равенства деформаций. [c.263]

Модифицирование волокон. Повышению сопротивляемости сдвигу и прочности на отрыв в трансверсальном направлении уделяется большое внимание. Одним из способов повышения зтих характеристик является улучшение взаимодействия между волокном и матрицей, что достигается мо-днфицированием армирующих воло- [c.8]

Изучение длительной прочности и ползучести композитов с металлической матрицей осуществлялось рядом исследователей в основном на следующих материалах вольфрам — медь, вольфрам — никелевые сплавы и бор — алюминий. Большинство испытаний проводилось при повышенных температурах, что может привести к недооценке свойств композита из-за взаимодействия между волокнами и матрицей. Экспериментальная работа сопровождалась теоретическим анализом, подобным оценке прочности по правилу смесей . Мак-Данелсом и др. [39] исследована длительная прочность и скорость ползучести композитов на основе меди, армированных вольфрамовыми волокнами полученные данные сопоставлены со свойствами компонентов при помощи соответствующего анализа. Испытания проведены при 649 °С и 816 °С. [c.297]

Подводя итог рассмотрению роли химического взаимодействия между волокнами и матрицей в поведении композиций под нагрузкой, следует еще раз подчеркнуть, что для получения композиций с оптимальным комплексом механических свойств следует допустить некоторую степень химического взаимодействия. Состояние поверхности раздела, прочность связи между компонентами непосредственно влияют на прочность в поперечном направлении, вязкость разрушения, усталостные свойства и прочность при сжатии. Прочность связи несущественно влияет на прочность в продольном направлении и длительную прочность одноосноармиро-ванных волокнистых композиций. [c.89]

Материал с никелевым порошком в качестве матрицы прессовали для получения композиций с 20 об. % волокон при 1200° С, давлении 21 МН/м в течение 30 мин в вакууме. Для этого метода изготовления характерно поперечное разрушение волокон, хотя суш ественного взаимодействия между матрицей и волокном не наблюдалось. При использовании волокон с никелевым покрытием плотные композиции получали только в случае прессования при 1220° G и давлении 31 МН/м (3,1 кгс/мм ) в течение тех те 30 мин. Поскольку толш,ина покрытия была равна диаметру волокна (0,25 мм), это снижало объемную долю наполнителя до 11—15%. Разрушения волокна не наблюдалось. Взаимодействия между волокном и матрицей обнаружено также не было (измерением прочности извлеченных волокон), хотя, как отмечалось выше, при использовавшихся условиях неизбежно взаимодействие между никелем и сапфиром (в композициях, приготовленных при 1300° С, на поверхности раздела между матрицей и волокном образовывалась шпинель NiAlgOJ. В случае комбинированной матрицы (порошка никеля и волокон с никелевылк покрытием) разрушение волокон при аналогичных условиях прессования происходило реже. В наилучшем варианте длина 90% волокон оставалась выше критической, достаточной для упрочнения никеля как при 20° С, так и при 1100° С. [c.210]

Продольные криволинейные волокна стержня при изгибе не давят друг на друга. Это допущение в данном случае заведомо неверно. Вследствие различия в кривизне отдельных волокон между ними в процессе изгиба возникают силы взаимо-действ1ия. Однако влияние взаимодействия между волокнами на напряженное состояние кривого стержня, как показали точные решения данной задачи, в большинстве случаев невелико и им можно пренебречь. [c.364]

Механика деформируемого твердого тела изучает законы деформирования реальных твердых тел под действием приложенных к ним внешних сил, температурных, магнитных полей и других внешних воздействий. Силы, как основной фактор взаимодействия между телами, представляют собой меру механического действия тел друг на друга и взаимодействия частей одного тела между собой. В результате силового воздействия материальные частицы тела приходят в движение и расстояния между ними изменяются, что приводит к деформации малой окрестности какой-либо точки тела (локальная деформация) и всего тела (глобальная деформация). В механике деформируемого твердого тела и сопротивлении материалов, в частности, под термином деформация обычно понимают локальную деформацию, описывающ,ую изменение расстояний между близкими материальными точками тела, и изменение взаимной ориентации отдельных волокон тела. Под волокном понимают совокупность материальных точек тела, непрерывно за-П0ЛНЯЮШ.ИХ некоторый малый отрезок аЬ, заданным образом ориентированный в пространстве. Непрерывное заполнение материальными точками малого отрезка аЬ обеспечивается гипотезой сплошности, которая состоит в том, что деформируемое твердое тело без пустот (сплошь) заполняет своими материальными точками ту часть пространства, которая находижя в пределах границы [c.5]

Первоначально при выборе матрицы и волокна для всех систем предполагали использовать те же основные принципы, что и для модельных систем. Джех и др. [22] показали справедливость правила смеси для композитов как с непрерывными, так и с короткими волокнами, избрав для этого систему медь — волокно. Медь и вольфрам, по существу, взаимно не растворимы и не взаимодействуют химически соответственно они не образуют соединений. Таким же образом Саттон и др. [38] на модельной системе серебро — усы сапфира убедительно продемонстрировали эффект упрочнения нитевидными кристаллами. Степень взаимодействия между серебром и усами сапфира даже меньше, чем между медью и вольфрамом, поскольку расплавленное серебро не смачивает сапфир. Для улучшения связи с расплавленным серебром те же авторы напыляли на поверхность сапфира никель. Однако связь между никелем и сапфиром была, вероятно, чисто механической, а на поверхности раздела никель — сапфир твердый раствор не образовывался. Поэтому не удивительно, что Хиббард [21] в обзоре, представленном в качестве вводного доклада на конференции 1964 г. Американского общества металлов, посвященной волокнистым композитным материалам, счел необходимым заключить Для взаимной смачиваемости матрицы и волокна необходимо, чтобы их взаимная растворимость и реакционная способность были малы или вообще отсутствовали . Это условие, как правило, реализуется для определенного типа композитных материалов, а именно, ориентированных эвтектик. Во многих эвтекти-ках предел растворимости несколько изменяется с температурой, что, вообще говоря, является причиной нестабильности, хотя в известной степени и компенсируется особым кристаллографическим соотношением фаз. Однако в большинстве практически важных случаев это условие не выполняется. После конференции 1964 г. основные успехи были достигнуты в области управления состоянием поверхности раздела между упрочнителем и матрицей. Ни серебро, ни медь не являются перспективными конструкционными материалами. Что же касается реакций между практически важными матрицами и соответствующими упрочнителями, то они очень сложны и могут приводить к самым разнообразным типам поверхностей раздела. [c.13]

Зона взаимодействия между покрытием из карбида кремния на борных волокнах и титаном оказалась более сложной, чем наблюдалось в предыдущих исследованиях [2, 6, 42]. На рис. 18 показано косое сечение одного из образцов, использованных в работе [20], после выдержки при 1144 К в течение 10 ч. Видны четыре вида продуктов реакции, хотя, вероятно, зоны В и D —это одна и та же фаза с включениями фазы С. Методом микрорентгено-спектрального анализа было показано [2], что эти включения представляют собой карбид титана. [c.121]

Рис. 22. Микроструктура зоны взаимодействия между сплавом Ti 40А и борным волокном с покрытием В4С после вьадержки при 1033 К в течение 100 ч.

Во многих ранних теоретических работах лринималось, что прочность. поверхности раздела достаточна для передачи нагрузки от растягивающих захватов на образец и ее равномерного распределения между волокнами. Кроме того, прочность поверхности раздела должна быть достаточной для. перераспределения нагрузки между волокнами при разрушении одного из них. Эти теории— будем называть их теориями прочных поверхностей раздела — применимы, если прочность поверхности раздела превышает некоторую минимальную величину, необходимую для выполнения указанных функций. Теории. прочных шверХ Ностей раздела были. разработаны в основном для химически не взаимодействующих систем, где волокна нерастворимы в матрице, т. е. для систем первого клat a, и проверены экспериментально на тех же системах. Однако 1П0 мере того, как рос интерес к реальным системам, в которых на поверхности раздела протекает реакция, и внимание исследователей переключалось от слабых матриц модельных систем К характерным для практически ценных (Композитов прочным матрицам, стало очевидно, что прочность поверхности раздела не всегда достаточно высока, чтобы удовлетворять требоваииям теорий прочных Поверхностей раздела. Были развиты модели для случая, когда разрушение начинается у поверхности раздела их назвали теориями слабых поверхностей раздела . Некоторые из них охватывают все возможные ситуации от прочной до слабой поверхности раздела эти теории также будут рассмотрены. [c.138]

Ti — борсик он отсутствовал. Отжиг композитов в течение 1,5 ч при 1144 К приводил к взаимодействию на поверхности раздела (рис. 18). В композите Ti—В в результате такого отжига слой продукта реакции TiB2 увеличивался до 1,2 мкм, а у поверхиости раздела возникала пористость. В этой системе пористость обусловлена уменьшением объема при образовании ИВг и неравенством диффузионных потоков между волокном и матрицей. Между покрытием Si на волокнах бора и титаном в композите Ti—борсик также происходило взаимодействие, приводящее к образованию и росту слоя из нескольких промежуточных фаз, общая толщина которого достигала примерно 1,5 мкм. Однако в этом композите пористость не наблюдалась. [c.211]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...