Связь в композитах механическая

Глава начинается с обсуждения основных термодинамических свойств металлов и окислов, причем основное внимание уделено тем окислам, которые могут быть использованы в виде волокон и покрытий. Затем рассмотрено применение методов термодинамики твердых растворов для оценки стабильности композитов. В обзорном плане изложены обширные литературные данные о взаимодействии жидких металлов с окислами, полученные при изучении процессов изготовления керметов и пропитки усов расплавом. Цель этого обзора —обобщить имеющуюся информацию о смачивании окислов жидкими металлами и вывести основные закономерности. Далее проанализировано соотношение между смачиванием и формированием связи в композитах. Применительно к режимам изготовления и условиям службы композитов рассматриваются диффузионная сварка и твердофазные реакции, причем более подробно— кинетика реакций металл — окисел и характеристики поверхности раздела. Глава завершается анализом имеющихся литературных данных о механических свойствах, чувствительных к состоянию поверхностей раздела. Этот анализ ограничен несколькими металлическими системами, упрочненными окислами, которые изучены в настоящее время. [c.308]

Предположение об идеальной пластичности часто используется в анализе механического поведения композитов именно поэтому данная модель рассматривается в настоящей работе. Это предположение непосредственно связано с модельным анализом, о котором пойдет речь в следующем разделе. [c.207]

Проблемы, связанные с состоянием поверхности раздела, свойственны не только композитам с металлической матрицей. Для улучшения состояния поверхности раздела в стеклопластиках стеклянные волокна подвергают аппретированию. Известно, что оптимальное аппретирование является нелегким компромиссом между рядом требований, таких, как защита отдельных нитей от механических повреждений, хорошая связь стекла с полимером, сохранение этой связи в условиях эксплуатации, особенно в присутствии влаги. Оптимизация состояния поверхности раздела в композитных материалах с металлической матрицей требует, по-видимому, аналогичных компромиссных решений. Требования к поверхности раздела в металлических композитных материалах не менее жестки, чем для стеклопластиков. Так, уже упоминалась химическая несовместимость многих сочетаний матрица — волокно вследствие как недостаточной, так и излишней реакционной способности (в первом случае имеются в виду системы, где механическая связь компонентов не достигается из-за отсутствия соот- [c.12]

Некоторые интересные особенности механической связи в системе латунь — вольфрам были отмечены Беннетом и др. [47]. Прочность композитов составляла около 95% от значения, рассчитанного по правилу смеси. Однако наблюдался неожиданный эффект — образование нескольких шеек на небольших расстояниях друг от друга по длине проволоки, в результате чего полное удлинение было больше, чем у проволоки, испытанной вне композита. Объяснить это явление стеснением проволоки матрицей нельзя, так как образование шеек должно было приводить в этом случае к отделению проволоки от матрицы и расслоению композита из-за слабой связи. Множественное образование шеек было объяснено местным наклепом матрицы вблизи шейки на вольфрамовой проволоке. Наклепанная матрица разгружает проволоку до тех пор, пока несущая способность композита в данном месте не превысит несущую способность любого другого участка композита. Тогда деформация в данном месте прекращается и смещается вдоль проволоки в другое место. В пользу этой интерпретации свидетельствует то, что удлинение композита, составляющее 5— 10% при содержании вольфрама менее 5 об.%, уменьшается с ростом содержания последнего и при 20 об.% вольфрама достигает значений, примерно равных удлинению проволоки вне композита. При более высоком объемном содержании вольфрама уменьшается количество матрицы, способной подвергаться упрочнению и разгружать проволоку. , [c.81]

В случае максимальной адгезии полимера к минеральному наполнителю при наличии стабильных ковалентных связей между ними механические свойства композита могут значительно ухудшиться И 3-за различия коэ ффициента линейного термического расширения компонентов. По этой причине основные представления о химии поверхности, с помощью которых можно определить адгезию полимера к наполнителю, неприменимы для оценки эксплуатационных характеристик композитов. [c.212]

Очевидно, что механические свойства поверхности раздела также оказывают значительное влияние на прочность адгезионной связи. Поэтому, для того чтобы свести до минимума напряжения, возникающие в композитах, необходимо при их разработке учитывать размер волокна, его содержание, модули упругости полимерной матрицы и волокна, а также температурно-временные режимы изготовления материала. [c.263]

Интерпретация этих результатов осложняется тем фактом, что на поверхности раздела алюминия 6061 и бора существовала металлургическая связь (рис. 1, б), а между покрытием карбида кремния и матрицей алюминия 6061 (стрелка на рис. 1, в) — механическая связь. Эти композиты были получены методом диффузионной сварки в течение 1 ч приблизительно при 475 и 554 С соответственно. Полагают, что низкая малоцикловая усталостная прочность у композитов, волокна которых имеют покрытия, связана с поведением покрытия Si [23]. Это покрытие обладает предпочтительным направлением кристаллографического роста (111) и вытянутой кристаллической структурой, оба они ориентированы перпендикулярно оси волокна (рис. 1, в). Таким образом, ось волокна, возможно, является направлением относительно низкой прочности покрытия и последнее может служить причиной плохого усталостного поведения в малоцикловой области. [c.401]

Хотя применение непрерывных волокон в композитах не связано с трудностями обеспечения связи между волокнами, необходимость переноса нагрузки в областях с сильно меняющимися напряжениями и от разрушенного волокна к соседним указывает в общем на желательность достаточного, но минимального [14] числа механических связей. Значительные требования к передаче нагрузки от волокна к матрице и от матрицы к волокну предъявляются также в месте пересечения волокон любыми границами. Эти границы могут быть свободными от напряжения или являться областями закрепления. [c.29]

Введем некоторые из упомянутых условий на примере физически однородного композита, все ИСЭ которого обладают одинаковыми физико-механическими характеристиками, поскольку содержат одни и те же исходные элементы (арматура и связующее) в одинаковых объемных долях (рп = р. пе 1,Л , см. также 1.2.4). Формальное выражение условия физической однородности композита имеет вид [c.43]

Процесс карбонизации представляет собой высокотемпературную обработку изделия из углепластика до температуры 1073 К в неокисляющей среде (инертный газ, угольная засыпка и т. д.). Цель термообработки — перевод связующего в кокс. В процессе карбонизации происходит термодеструкция матрицы, сопровождающаяся потерей массы, усадкой, образованием большого числа пор и снижением вследствие этого физико-механических свойств композита. [c.71]

Кроме описанных выше двух основных разновидностей анализа при помощи простых моделей, подробно обсуждаемых в последующих разделах, имеются другие подходы к проблеме предсказания механических свойств композита по свойствам его компонентов. Это в основном полуэмпирические методы. Для обработки известных экспериментальных результатов с целью получения эмпирических зависимостей применялись различные функциональные зависимости с неопределенными параметрами, в частности степенные законы. Подобные формулы обычно выражают связь между напряжениями и деформациями через физические параметры, такие, как объемная доля включений и характеристики компонентов композита. Сами напряжения и деформации могут быть локальными, но чаще они берутся средними по объему композита. В обоих случаях такой анализ не является истинно микромеханическим, потому что он не дает локальных градиентов напряжений и деформаций внутри композита. Преимущество такого подхода состоит прежде всего в том, что он позволяет получить простые инженерные оценки зависимости напряжений от деформаций в композите— информацию, являющуюся исходной для большинства макромеханических исследований или анализа структур как слоистых. [c.208]

Основная причина отсутствия приложений метода конечных разностей к исследованию упругопластического поведения композитов не связана с механическими свойствами компонентов. Здесь имеют место трудности, носящие скорее геометрический характер и возникающие при любых применениях метода конечных разностей к решению задач в областях с криволинейной границей, т. е. с ограничениями на узлы сетки, лежащие на границе. Эту проблему нельзя обойти дал е при использовании нерегулярной сетки (см. Адамс и др. [4]). Применение же треугольных конечных элементов полностью решает указанную проблему, и именно благодаря этому обстоятельству метод конечных элементов является гораздо более гибким. [c.224]

На основе теорий, рассматривающих механическое поведение композита в целом, можно получить близкое к действительности описание связи напряжений с деформациями в композиционном материале в том случае, когда отношение наибольшего характерного размера структуры к наименьшему характерному размеру неоднородности деформации достаточно мало по сравнению с единицей. Самые элементарные сведения о механическом поведении композита в целом находятся путем осреднения перемещений, напряжений и деформаций по представительному объему. Простейшая теория для таких осредненных параметров связывает средние напряжения со средними деформациями при помощи так называемых эффективных упругих постоянных. В этой теории, которая называется теорией эффективных модулей , механические свойства композита отождествляются со свойствами некоторой однородной, но, вообще говоря, анизотропной среды, эффективные модули которой определяются через упругие модули компонентов композита и параметры, характеризующие его структуру. [c.355]

В теории эффективных модулей механическое поведение композита моделируется поведением некоторой однородной, но анизотропной среды. Детальное обсуждение положений этой теории, развитой в настоящее время до уровня количественного анализа, имеется во многих работах. Поэтому здесь мы ограничимся замечанием о том, что в данной теории осредненные по объему элемента неоднородности компоненты тензора напряжений (обозначаемые через fjj) связаны с осредненными тем же способом компонентами тензора деформаций (обозначаемыми через см. приложение Б) так же, как и в общей линейной теории анизотропных сред [c.358]

Поверхности прочности в пространствах напряжений и деформаций не являются независимыми, поскольку из непрерывности функций в уравнениях (5) и (10) следует возможность взаимно однозначного перехода от одних независимых переменных к другим (от напряжений к деформациям и наоборот), причем связь между этими переменными дается определяющими уравнениями среды. Если используемый критерий определяет начало нелинейной области механического поведения композита, до этого подчинявшегося закону Гука, то переход от одних [c.415]

Степень совершенства композита как механического континуума имеет определяющее значение в отношении эксплуатационных характеристик, а также максимального использования упрочняющего эффекта более жесткой и прочной составляющей композита. В идеале стремятся к совершенному континууму, т. е. к совершенной связи между компонентами композита. Это означает, что атомная структура компонентов, разделенных поверхностью раздела, обусловливает ее когерентность и что прочность поверхности раздела не меняется от точки к точке. Непрерывность [c.45]

Согласно существующим представлениям, идеальный композитный материал представляет собой совершенный механический континуум (что, как отмечалось выше, обеспечивается совершенством связи между компонентами композита) кроме того, у поверхности раздела должен существовать совершенный химический дисконтинуум. Иными словами, не должна происходить реактивная диффузия элементов, входящих в состав компонентов композита. Причины, по которым предпочтителен идеальный химический дисконтинуум, связаны с существом проблем, возникающих в отсутствие дисконтинуума. [c.46]

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]

Ни один из упомянутых выше эффектов, связанных с наличием поперечных напряжений на поверхности раздела волокно — матрица, не следует из широко используемого правила смеси, которое предполагает отсутствие поперечных напряжений. Действительно, эта простая модель подразумевает, что матрица и волокно не связаны (наличие определенной связи привело бы к рассмотренному выше механическому взаимодействию и возникновению поперечных напряжений). Хилл [28] показал, что правило смеси дает нижние предельные значения свойств композитов в направлении [c.54]

Итак, связь между матрицей и упрочнителем, в которой доля химического взаимодействия мала или отсутствует вовсе, называется механической. Этот тип связи обеспечивает определенную работоспособность композита, но только, видимо, в тех случаях, когда напряжения приложены параллельно поверхности раздела, как, например, при продольных испытаниях на растяжение. Отсутствуют данные, свидетельствующие о преимуществах этого типа связи при каких-либо других способах нагружения. Вследствие этого нельзя полагать, что механическая связь может явиться альтернативой в реакционноспособных системах. [c.82]

Специалисты по технологии производства композитов с алюминиевой матрицей придерживаются общей точки зрения относительно оптимальных условий изготовления композита. Если поддерживать, постоянство двух из трех параметров технологического процесса— температуры, давления и продолжительности обработки, то с ростом значения третьего параметра прочность при растяжении вначале растет, затем проходит через максимум и потом снижается. Эти данные согласуются с моделью, предполагающей, чтО на поверхности раздела имеется окисная пленка. Рост прочности при растяжении объясняют уменьшением пористости и улучшением окисной связи между матрицей и волокнами. Снижение прочности при растяжении с увеличением давления, температуры или продолжительности процесса происходит из-за общего разрушения окисной связи и излишнего развития реакции. Оптимальное значение параметров отвечает равновесию между завершением процесса образования связи и началом развития локальной реакции на участках разрушения пленки. При повышенной температуре или продолжительности процесса прессования разрушение пленки может происходить по механизму сфероидизации, а при повышенном давлении — механическим путем вследствие сдвига. Однако наличие оптимальных значений параметров процесса приводит к заметным изменениям состава и строения поверхности раздела. Эти изменения имеют место как в пределах одного образца композита, так и от одной партии горячепрессованного композита к другой, поскольку трудно тщательно контролировать состояние поверхности компонентов, технологические циклы и все остальные параметры, определяющие характеристики поверхности раздела. [c.170]

Правлению волокон, то условия разрушения могут быть ближе к случаю равных напряжений, чем к случаю равных деформаций, который предполагали Купер и Келли. Значит, в качестве первого приближения необходимо рассматривать также и условия равных напряжений, даже если реальная ситуация много сложнее. В этой связи отметим, что, согласно рассмотренным в гл. 2 моделям механического взаимодействия, максимальные напряжения на поверхности раздела примерно равны напряжениям, приложенным к композиту, и лишь слабо зависят от объемной доли волокон, и их расположения. Предположение о равных напряжениях равносильно определению Oj как величины поперечных напряжений, приложение которых к композиту необходимо для разрушения по поверхности раздела. Поэтому на рис. 1, а в области, где a, =f(Oi). прочность композита равна Oi и не зависит от Ув-Значит, сг /сгм= аг/(т,.1 соответствующие результаты приведены на рис. 7, б. [c.198]

В книге рассмотрены вопросы строения поверхностей раздела и типы связи между компонентами, физико-химические процессы, протекающие на поверхностях раздела при получении и эксплуатации композитов, механическое взаимодействие между компонентами через поверхность раздела и его влияние на механические свойства и характеристики разрушения. Следует подчеркнуть, что, наряду с обширным экспериментальным материалом, в книге впервые анализируются некоторые полуколичественные теории, например, теории поверхностей раздела в композитах псевдопервого и третьего классов. [c.5]

Механическая связь реализуется в отсутствие какого бы то ни было химического механизма — даже сил Ван-дер-Ваальса — и сводится к механическому сцеплению. Однако отсутствие химической связи существенно снижает прочность композита при поперечном нагружении поэтому в технологии изготовления компози тов механическую связь не считают полезной. Связь путем смачивания и растворения имеет место в композитах, где упрочнитель, не являющийся окислом, смачивается или растворяется матрицей, но не образует с ней соединений. Окисная связь может возникать при смачивании, а также при образовании промежуточных соединений на поверхности раздела. Как правило, металлы, окислы которых обладают малой свободной энергией образования, слабо связываются с окисью алюминия. Однако следы кислорода иль активных элементов усиливают эту связь путем образования промежуточных зон в обоих случаях связь относится к окисному типу. Кроме того, согласно общей классификации, к окисному типу относится связь между окисными пленками матрицы и волокна. [c.35]

Недавно был установлен основной механизм окисной связи в комлозитных материалах А1 — В, хотя многие детали процесса до сих пор остаются неясными. С концепцией окисной связи согласуются и данные о эрозии окисной пленки под действием расплава алюминия, и данные о ее сохранении при изготовлении композита путем диффузионной сварки в оптимальных условиях. Разрушение окисной пленки инициирует химическую реакцию. Механизм разрушения окисных пленок сложен он включает как механические разрывы, так и сфероидизацию. Механические разрывы — основной вид разрушения связи, создаваемой диффузионной сваркой, но они происходят лишь в Отдельных точках. Сферо-идизация — длительный процесс нарушения сплошности пленки, который определяется избытком поверхностной энергии тонких окисных слоев. [c.97]

Судя ПО этим данным, наименьшая скорость реакции характерна для бора, далее следуют карбид кремния и окись алюмл-ния. Легирование матрицы может увеличивать или уменьшать скорость реакции. Если волокно состоит из одного элемента (бора), то количество образующегося продукта реакции, видимо, прямо пропорционально количеству прореагировавшего бора. Однако для волокон из соединений или волокон с покрытием эта зависимость не соблюдается. Небольшое количество элементов внедрения из соединений AI2O3 или Si переходит в матрицу и, растворяясь н ней, вызывает упрочнение и охрупчивание, и тем не менее скорость взаимодействия матрицы с такими волокнами выше, чем с борным волокном. Тресслер и Мур [46] отмечают, что в композите титан — окись алюминия допускается большая степень химического взаимодействия, чем в материалах титан — бор и титан — карбид кремния. Этот вопрос будет обсуждаться в гл. 4 в связи с анализом механических свойств при растяжении и в гл. 8, посвященной композитам с окисным упрочнением. [c.125]

Чтобы понимать особенности поведения композитных материалов при нагружении в упругопластической области, необходимо разобраться в роли поверхности раздела как элемента структуры, передающего напряжения от матрицы к упрочнителю кюмпо-зита. Классификация поверхности раздела может быть основана на различных принципах. С физико-химической точки зрения различают следующие типы связи (по отдельности или в совокупности) механическую путем смачивания и растворения окисную обменно-реакционную смешанные связи [58]. В зависимости от способа изготовления или выращивания композита можно выделить две основные группы поверхностей раздела в композитах, полученных направленной кристаллизацией (in-situ), и в волокнистых композитах, армированных проволокой или волокнами и изготовленных путем диффузионной сварки, пропитки жидким металлом или методом электроосаждения. В композитах, изготовленных направленной кристаллизацией, фазы находятся практически в равновесии тем не менее в них возможна физикохимическая нестабильность [4, 74], которая приводит к сфероиди-зации или огрублению структуры при незначительном изменении состава и количества какой-либо фазы. Иная ситуация имеет место в волокнистых композитах — различие химических потенциалов в окрестности поверхности раздела является движущей силой химической реакции и (или) диффузии, а эти процессы могут приводить к изменению состава и объемной доли каждой фазы. [c.232]

В процессе внутреннего взаимодействия между слоями волокон может происходить расслоение [23]. В композитах с матами из случайно расположенных волокон нарушение связи может произойти в местах пересечения волокон и таким образом механически устранится взаимопроникание волокон. Для таких композитов, как бумага, которая также попадает под эту категорию, требуется построение специальной статистической геометрии, которая была рассмотрена Каллмесом, Кортом и их соавт. (библиографию можно найти в [6]). Предпринимались некоторые слабые попытки описать статистику процессов разрушения таких матов (см., например, [9]), но пока еще она недостаточно изучена, чтобы можно было понять изменчивость и масштабный эффект прочности, если последний существует для этих материалов. Вследствие неполного понимания развития процессов разрушения в таких материалах часто лучше всего вести рассмотрение на основе подхода механики разрушения, описанного Тетеяьманом [35], и исследовать статистические эффекты докритического роста трещины феноменологически, как было рассмотрено выше в данном разделе. [c.180]

Хотя результаты первых попыток исследования распространения погранияной трещины были не вполне понятны, они позволили обнаружить наиболее простой способ непосредственного экспериментального определения энергии адгезии Дальнейшее развитие этих методов могло бы дать способ независимого определения затраченной энергии и механизма диссипации в композитах. Помимо этого существуют другие оценки прочности при разрушении адгезионных слоев, основанные на измерении вязкости распространения трепщны в полимерном клее между двумя твердыми телами. Чтобы обеспечить распространение трещины по центру связующего слоя на конечном расстоянии от границы раздела, особое внимание в таких исследованиях (например, в работах [44, 53, 63]) было уделено частным видам геометрии, толщине связующего слоя, условиям отверждения и скорости распространения трещины. Ясно, что при таких условиях происходит разрушение связующего слоя, а не границы раздела, поэтому разрушение композита следует рассматривать как разрушение полимера при наложенных механических ограничениях. [c.260]

Современные гетерогенные топлива (табл. 167) образуют большое я разнообразное семейство. Размеры зарядов изменяются от маленьких, применяемых в газогенераторах, до очень больших, используемых в стартовых двигателях межконтинентальных баллистических ракет. Малые гранулы можно получать путем формования под давлением, экструзии или разливки, а большие заряды получают литьем. Гранулы могут быть загружены в патроны или же уложены в ящики (литье на месте). В общем случае гетерогенное топливо представляет собой твердый окислитель и твердое горючее, помещенные в полимерное связующее. Твердые вещества составляют до 88 % массы такого топлива. В качестве связующих могут использоваться линейные полимеры (nanpHMep, поливинилхлорид или ацетат целлюлозы) или сшитые каучуки (уретанм и полибутадиены, вулканизированные на месте). Могут присутствовать также другие добавки, изменяющие баллистические механические свойства, температуру пламени или позволяющие добиться некоторых специальных эффектов. Все гетерогенные топлива содержат стабилизаторы и антиоксиданты или другие вещества, ингибирующие биологическое разрушение. Подобно двухкомпонентным топливам, композиты поглощают воду до установления равновесия. Первый — обратимый — эффект, связанный с поглощением воды, состоит в ухудшении механических свойств материала. Последующие — вымывание, а затем и гидролиз, коррозия, разложение и окисление ингредиентов — приводят к необратимым изменениям. [c.495]

Благодаря разработкам в области технологии литья улучшены служебные свойст ва изделий из суперсплавов, расширены возможности придания изделиям требуемой формы, открыты пути для использования новых сплавов. К числу новых разработок в области литейного процесса относятся технологии производства изделий монокристаллических и с мелкозернистой равноосной структурой, эвтектических композитов in situ, сдвоенных отливок. К последнему процессу обращаются в том случае, когда предстоит изготовить сборку из двух или большего числа литейных деталей (сЛычно из сплавов различного состава), находящихся в тесной механической или металлургической связи. Особенно интересен процесс изготовления турбинных дисков и сопел. Присоединение отливок [c.192]

Экспериментальные данные измерений деформативных характеристик композита располагаются внутри области, определяемой выражениями (1.30), которая тем уже, чем ближе значения соответствующих физико-механических характеристик арматуры и связующего. В связи с этим в ряде случаев [46, 61], принимая в качестве Xijhl среднее арифметическое или среднее геометрическое [c.27]

Известно, что при создании композиционных материалов для узлов трения возникает ряд сложных взаимосвязанных задач, решение которых имеет свои особенности для каждого класса материалов, используемых в качестве матриц. Так, антифрикционность (низкие коэффициенты трения) и износостойкость многих композитов на полимерной основе часто находятся в противоречии с их теплопроводностью и теплостойкостью. В то же время, введение наполнителей, повышающих теплопроводность, в полимерную матрицу часто приводит к снижению их механической прочности и повышает коэффициент трения. Обработка аппретами наполнителей для создания прочных адгезионных связей в композите часто приводит к недопустимому экологическому несовершенству материала и практически сводит на нет все усилия по созданию промышленных образцов. Использование износостойких высокотемпературных керамик для композиционных антифрикционных материалов затруднено их сравнительно высокими коэффициентами трения и хрупкостью. Вот некоторые примеры противоречий, которые требуют проведения серьезных фундаментальных исследований для решения задач создания экологически чистых, биостойких многофункциональных композиционных материалов для трибологических систем, эксплуатируемых в экстремальных условиях, свойственных эксплуатации аппаратуры нефтяной и газовой промышленности. [c.154]

Используя теории слоистых конструкций, можно формулировать содержательные краевые задачи, по решениям которых можно судить о жесткости и устойчивости слоистых композитов. Найдя в результате решения конкретной краевой задачи основные зависимые переменные Э1их теорий, т. е. результирующие силы и моменты, по принятой частной теории можно определить распределение макроскопических напряжений в слое. Вместо приближенных теорий слоистого тела можно попытаться применить точный анализ, как обсуждалось выше. В этом случае основными переменными являются макроскопические напряжения в слое и последний шаг оказывается излишним. В свою очередь, если известен подход (обсуждаемый в разд. VIII), позволяющий рассматривать неоднородные макроскопические напряженные состояния, то напряжения в каждом компоненте можно определить средствами микромеханики. Таким образом, микромеханика указывает связь между механическим поведением используемых в технике слоистых композитов, с одной стороны, и поведением их компонентов — с другой. [c.18]

Итак, три основные гипотезы, упомянутые выше, состоят в следующем во-первых, волокна распределены непрерывно-, во-вторых, волокна являются нерастяжимыми в третьих, композит в целом несжимаем. Малхерн и др. [22] использовали эти же гипотезы в своей теории, предназначенной для описания армированных волокнами пластических материалов. Все математические модели, основанные на этих трех предположениях, мы называем идеальными волокнистыми композитами независимо от того, является ли их поведение упругим, пластическим, вязкоупругим или каким-либо еще. Пипкин и Роджерс [26] показали, что многие особенности механического поведения подобных материалов не зависят от вида связи напряжений с деформациями. В настоящем обзоре мы сосредоточиваем наше внимание именно на таких общих характерных чертах. [c.289]

ПОЛНОГО разрыва). обусловленного механическим воздействием (напряжднйем, деформацией или работой). Таким образом, -т сТпГэкспериментально измеряемые параметры материала, определяющие математическую модель, отражают интересующие нас нарушения сплошности среды, то критерий разрушения можно применять для описания явлений течения или разрыва безотносительно к виду нарушений сплошности. Обсуждаемые здесь критерии разрушения можно использовать при разработке новых композиционных материалов и в различных технических приложениях. При разработке нового композита можно варьировать взаимное расположение матрицы и армирующих элементов для улучшения тех или иных свойств материала. Если эти свойства связаны с прочностью материала, то феноменологический критерий разрушения осуществляет обратную связь с изменениями геометрии композита, определяет технологию его изготовления и обеспечивает прочность, необходимую для рациональных проектных решений. [c.404]

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]

В докладе на симпозиуме Американского института горных и металлургических инженеров, посвященном композитным материалам с металлической матрицей, Бэрт и Линч [8] назвали совместимость волокна и матрицы проблемой, определяющей развитие технологии указанных композитов. Хотя авторы рассматривали как физико-химические, так и механические аспекты совместимости, отмечалось, что главные трудности связаны с разупрочнением при химическом взаимодействии. В качестве возможных путей решения проблемы были предложены следующие три направления работ [c.28]

Во введении (гл. 1) композитные системы были разделены на три класса. Б первый класс входят композиты, образованные из нереагн рующих и взаимно нерастворимых компонентов во втором классе допускается некоторая растворимость компонентов без участия химической реакции третий класс включает системы, образованные реагирующими компонентами. Из этой общей классификации исключены физико-химический и механический аспекты связи. Последний вопрос обсуждался в гл. 2, а первый будет рассмотрен ниже. [c.79]

Процесс образования связи обусловлен взаимодействием электронов на атомном уровне. Силы взаимодействия являются силами ближнего порядка, и поэтому они начинают действовать лишь тогда, когда расстояния между поверхностями составляющих композита не превышают нескольких диаметров атома. Последнее требование имеет большое значение в смежных областях, в частности, при пайке твердым припоем. Например, затруднения при пайке алюминия связаны с присутствием под припрем окис-ных лленок. Механическое разрушение таких пленок (например, при ультразвуковой пайке железа) приводит к немедленному смачиванию и растворению основного материала в расплавленном припое. Можно привести два примера из области композитов. Пеппер и др. [32] заметили, что расплавленный алюминий не омачивает графитовую пряжу в состоянии поставки до тех пор, пока ее не подвергнут предварительной обработке для удаления поверхностных загрязнений. Подобные же наблюдения были сделаны при исследовании композита никель — графит [27]. [c.83]

Борные волокна с покрытием из нитрида бора оказались весьма стабильными в контакте с расплавленным алюминием. Кэй-мехорт [8] показал, что до тех пор, пока сохраняется целостность этого покрытия, борное волокно остается неповрежденным в расплаве алюминия при 1073 К. На основании этих данных был разработан способ изготовления композитов А —В путем пропитки волокон расплавленным металлом. Форест и Кристиан [11] исследовали сдвиговую и поперечную прочности композита, состоящего из борных волокон с нитридным покрытием н матрицы из алюминиевого оплава 6061. Материал был изготовлен диффузионной сваркой. Прочность этого композита на сдвиг оказалась меньше, а поперечная прочность — существенно меньше, чем материалов, армированных волокнами бора и борсика. Такие низкие значения прочности, возможно, обусловлены слабой связью между нитридом бора и алюминием, хотя в работе отсутствуют данные о характере разрушения, которые могли бы подтвердить это предположение. Связь между алюминием и борным волокном с покрытием из карбида кремния в меньшей степени зависит от способа изготовления материала. По заключению авторов цитируемой работы, наиболее удачное сочетание механических свойств имеет композит алюминиевый сплав бОбГ —непокрытое борное волокно, закаленный с 800 К с последующим старением. [c.128]

Одно из первых исследований связи между условиями изготовления и механическими свойствами (в данном случае — усталостной црочностью) было проведено Бэйкером [1]. Автор предполагал, что при чрезмерном развитии реакции образует ся Fe2Als, и поэтому изготовил ряд образцов композита при достаточно низких температурах, при которых, судя по металлографическим данным, реакции не происходило. Он пришел к выводу, что наилуч-шими усталостными характеристиками обладают композиты, в которых реакция остановилась на начальной стадии. [c.176]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...