Связь в композитах реакционная

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]

Влияние структуры и реакционной способности эпоксидных смол на прочность адгезионного соединения на поверхности раздела в композитах не исследовалось. Имеются данные, согласно которым потеря прочности углепластиков в результате старения может быть связана с изменением полимерной матрицы. И наконец, было показано, что вследствие разницы коэффициентов термического расширения волокна и смолы возникают остаточные напряжения в полимере и на поверхности раздела волокно — смола, что сказывается на прочностных свойствах углепластиков. [c.270]

Сильно развитая поверхность наполнителя служит причиной малой глубины превращения связующего вследствие обрыва реакционных цепей на поверхности, что ведет к уменьшению густоты пространственной сетки. Наполнитель влияет на изменение молекулярной подвижности и перераспределение олигомерных молекул, скорость и глубину отверждения. Все это приводит к тому, что морфология связующего на поверхности стеклонаполнителя существенно отличается от структуры полимерной матрицы в объеме композита. [c.27]

Как правило, отклонение от идеального континуума на поверхностях раздела (неполная и несовершенная связь) уменьшает эффективность упрочняющего действия более жесткой и прочной составляющей композита. Более того, менее совершенная связь на поверхности раздела приводит к значительно более быстрому ухудшению свойств композита, чем можно было бы ожидать на основе линейной зависимости свойств компонентов от объемной доли продукта их взаимодействия в реакционной зоне. [c.46]

Реакционная способность силанов по отношению к органической составляющей композита. Чтобы обеспечивать хорошее связывание составляющих композита по поверхности раздела и тем самым улучшать передачу напряжений от матрицы к упрочнителю, необходимо также знать факторы, обусловливающие адгезионную связь между силаном и полимером. Для объяснения эффективности силанов в повышении адгезии аппретированного стекловолокна к полимеру предложены следующие механизмы адгезионной связи [c.145]

В качестве полуфабриката для диффузионной сварки можно использовать ленты из борного волокна, покрытые нитридом бора и пропитанные расплавленным алюминием. Для получения прочности композита, соответствующей правилу аддитивности, необходима надежная механическая связь на границе раздела. Выполнение этого условия обеспечивает в эксплуатации материала передачу нагрузки от матрицы к волокну. Вместе с тем компоненты композиционного материала, как правило, взаимодействуют между собой. Диффузионные процессы уменьшают прочность упрочняющей фазы и в большинстве случаев приводят к образованию интерметаллидной прослойки в контакте волокна с матрицей. При достижении ширины интерметаллидной зоны 0,5—2,0 мкм композит перестает существовать. Под нагрузкой матрица не передает напряжение на волокно, идет разрушение интерметаллидов, образование и развитие трещин в волокне. Образование твердых растворов еще не приводит к коренному ухудшению свойств, С целью повышения жаропрочности и срока службы композиционных материалов на волокна наносят барьерные диффузионные покрытия. Покрытия могут исключать или значительно замедлять процессы взаимодействия материалов волокна и матрицы. Метод нанесения покрытия должен обеспечивать хорошую связь с волок-но 1, равномерную толщину покрытия и исключать пористость последнего. Другим способом подавления образования нежелательных фаз на поверхности раздела является использование в качестве матрицы сплавов, имеющих пониженную реакционную способность с упрочняющим материалом. С термодинамических позиций необходимо добиваться минимальной разности химических потенциалов компонентов композита. [c.214]

Реакционная способность поверхности. Реакционная способность поверхности волокон зависит от ее элементарного состава, функциональности и кристаллографической структуры. Видимо, для создания прочной адгезионной связи в композитах исследования по определению реакционной способности должны быть направлены на достижение оптимального сочетания материалов и их модификаций. В работе [Ш], как и во многих других работах, в качестве критерия реакционной способности поверхности использовалась хемосорбционная способность. В работе [34] реакционная способность поверхности волокон Е-стекла изучалась путем титро- [c.239]

Усиление связи особенно важно для композитов, упрочненных AI2O3. Этот О кисел плохо смачивается многими металлами, за исключением металлов с очень высокой реакционной способностью, например циркония. Но в последнем случае волокно может оказаться поврежденным. Связь в композите должна быть достаточно прочной, чтобы нагрузка могла передаваться от волокна к волокну. Это особенно важно в случае, когда упрочнителем служат короткие усы. Следовательно, должна быть оптимальная степень химического взаимодействия, так как реакция, с одной стороны, увеличивает силу связи, а с другой — приводит к уменьшению прочности волокон или усов из-за разъедания их поверхности. Этот вопрос обсуждался Саттоном [44] применительно к модель- [c.126]

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]

Рис. 6.1. Различные типы связи на границе раздела между компонента.ми композита а - ме.ханическая связь 6 - связь путем смачивания и растворения, например,. b-W в - реакционная связь, например, Ti- г -обменно-реакционная связь, например, Ti(Al)-B д - оксидная связь в системе псевдопервого класса, где АРмох < AFpoy, например,А1 -В

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]

Исследование способов, позволяющих замедлить рост зоны взаимодействия, является очень важным аспектом проблемы разработки практически ценных композитов. Как указывалось выше, матрицы, представляющие иаибольший практический интерес, обычно более реакционноспособны, чем матрицы, на примере которых демонстрировали справедливость теорий композитов. Проблема дополнительно осложняется тем обстоятельством, что композиты с металлической матрицей особенно нужны для эксплуатации при повышенных температурах. Исследование кинетики диффузионных процессов и выяснение механизмов диффузии являются основными условиями для построения строгой теории поверхностей раздела и для решения с ее помощью проблемы получения требуемых характеристик поверхности раздела. Исследование процессов и механизмов диффузии необходимо проводить применительно к той области толщин реакционной зоны, которая характерна для практически ценных композитов часто это означает, что объектом исследования должны стать зоны толщиной менее 1 мкм. Рост реакционной зоны, особенно в характерных для композита условиях стеснения, нередко приводит к изменению механизма диффузии. Рэтлифф и Пауэлл [30], например, наблюдали изменение механизма диффузии при взаимодействии между титановыми сплавами и карбидом кремния при толщине зоны 10 мкм и связали его с появлением новых продуктов реакции. Хотя столь большая толщина находится за пределами интересующей нас области, эти данные подтверждают изменение механизма диффузии на поздних стадиях роста реакционной зоны. Впрочем, могут иметь место и более тонкие изменения, обусловленные увеличением концентрации вакансий. [c.29]

Близка к теоретической прочность композита обеспечивается реакционной связью между алюминием и вольфрамовой проволокой без графитового слоя. В присутствии графитового слоя взаимодействие исключается, и поэтому прочность композита сни-Ш ется до 35% от расчетной. И хотя графитовый слой на трав-ЛёнОЙ проволоке препятствует образованию реакционной связи, [c.80]

Реакционная способность силанов по отношению к неорганической составляюицей композита. На выяснение механизма адгезионной связи силановых аппретов с поверхностями неорганических материалов и, в частности, стекловолокна затрачены значительные усилия ученых. Почти невозможно получить непосредственные данные о характере механизма адгезионных связей. Поэтому адгезионное взаимодействие силановых аппретов с поверхностью стекловолокна объясняется на основе косвенных данных, которые позволяют предположить следующие механизмы связи [c.144]

Повышение поверхностной энергии волокна, по-видимому, связано с наличием на его поверхности кислородсодержащих групп, о чем свидетельствуют кислая реакция поверхности и увеличение на ней количества атомов углерода, которые, вероятно, соединяются с кислородом воздуха, образуя группы с высокой реакционной способностью. Кроме того, Форест [35] показал, что механические свойства высокопрочных углепластиков при высокой температуре ухудшаются под воздействием внешней среды в течение нескольких месяцев. Согласно результатам исследований Бонка и Титселя [18], прочность стеклопластиков при комнатной температуре уменьшается вследствие старения в теплой влажной атмосфере. Влияние старения на прочность волокнистых композитов 1То 1р<)бн6 рассматривается в разд. III. [c.266]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...