Композиты с дисперсными частицами свойства

Из трех факторов, определяющих прочность, размер трещины больше всего зависит от дисперсной фазы. Вследствие различия в термоупругих свойствах отдельных фаз, их плохого сцепления и т. п. частицы и агломераты частиц могут служить источниками зарождения трещин и инициаторами разрушения. Теоретически и экспериментально показано, что размер трещин может быть доведен до минимума для получения высокой прочности, если в процессе изготовления композита выбирать дисперсию частиц малого размера. Таким образом, представляется возможным оптимизировать прочность композитов с дисперсными частицами, если определено влияние дисперсии на три фактора, определяющих прочность. [c.12]

Существуют различные классы композитных материалов, отличающиеся как областью применения, так и своими свойствами. Хотя прочностные свойства отдельных классов могут совпадать друг с другом, в этой главе будут рассмотрены только композиты с дисперсными частицами в хрупкой матрице. Понятие хрупкого поведения означает упругое состояние вплоть до разрушения и малую вязкость разрушения. Кроме керамики и перекрестно сшитых высокополимеров никакие материалы матрицы не подходят под это определение. Керамики являются наиболее хрупкими материалами и не обнаруживают текучести перед разрушением вплоть до температур, обычно превышающих половину их температуры плавления. Хрупким полимерам свойственна некоторая текучесть, но она пренебрежимо мала по сравнению с менее хрупкими полимерами (т. е. термопластами) и металлами. [c.12]

Хотя прочностные свойства композитов с дисперсными частицами как в полимерной, так и в керамической матрице подобны, цели их изготовления весьма различны. Композиты с дисперсными частицами в полимерной матрице изготавливаются и наиболее широко используются в технике, когда одновременно необходимы формуемость полимерной фазы и такие свойства, которые не присущи полимеру, но которые могут быть обеспечены наличием дисперсной фазы, обычно называемой наполнителем. Наполнитель выполняет две функции. Во-первых, это уменьшение объема более дорогого полимера. Стоимость сырья для различных фаз может различаться в 25 раз. Во-вторых, это получение улучшенных физических и термических свойств при изготовлении реального изделия, как видно из следующих примеров. [c.13]

Несколько композитов керамика —"дисперсная фаза разработаны специально для изменения свойств матрицы. Традиционные керамические материалы, например фарфор, строительные изделия из глины, огнеупорный кирпич и т. п., представляют собой сложные композитные материалы. Наличие различных фаз связано с высокотемпературным химическим взаимодействием между несколькими сортами сырья, использованными для изготовления каждого конкретного изделия. Каждая фаза и ее объемное содержание регулируются составом сырья, температурой изготовления и временем выдержки при этой температуре. Некоторые традиционные керамики, например цементный раствор и бетон, можно классифицировать как простые двухфазные композиты с дисперсными частицами, но многие другие представляют собой многофазные композиты. Изготовители новых керамических материалов [c.13]

Цель этой главы состоит в обсуждении известных данных по прочностным свойствам хрупких композитов с дисперсными частицами и в демонстрации возможных путей оптимизации их прочности. Для этого были использованы основные представления механики разрушения, связывающие прочность с тремя определяющими ее факторами, т. е. с энергией разрушения, модулем упругости и размером трещины. В следующих разделах сначала будет установ.ле-на зависимость действительной прочности материала от трех указанных факторов. Затем будет рассмотрено влияние дисперсии второй фазы на каждый из этих факторов. Из этого станет очевидной важность пяти параметров, зависящих от выбора двух фаз и технологии изготовления композитов. Наконец, будут рассмотрены и обсуждены прочностные свойства различных полимерных и керамических композитных систем в зависимости от трех определяющих факторов и пяти основных параметров композитов. [c.14]

Из механических свойств композитов с дисперсными частицами наиболее широко изучен и обсужден модуль упругости [23, 34, 44]. Сравнение теоретических моделей с экспериментальными данными показало, что модуль упругости композита и другие упругие постоянные можно вычислить с большой точностью, если известны упругие свойства матричной фазы (обозначаемые индексом т) и дисперсной фазы (обозначаемые индексом р), а также объемное содержание дисперсных частиц Ур. В общем случае дисперсная фаза либо уменьшает, либо увеличивает модуль упругости матричной фазы в зависимости от того, будет ли модуль дисперсных частиц меньше или соответственно больше модуля упругости матрицы. [c.29]

Во второй главе рассматриваются вопросы построения статистической теории структуры и упруго — прочностных свойств фрактальных дисперсных систем как базовых систем для дисперсных материалов и композитов. Подчеркивается, что представления о структуре тесно связаны с методами описания процессов агрегации. Существующие в настоящее время методы исходят в основном из рассмотрения парных взаимодействий между дисперсными частицами и не могут учитывать кооперативные эффекты в процессе взаимодействия в дисперсных системах. [c.10]

При исследовании гетерогенных (газопорошковых) потоков в процессах ХГН используются частицы различных материалов металлов, сплавов, композитов, их механических смесей с добавлением керамик (оксидов, карбидов и т. д.). Для получения покрытия определенного функционального назначения необходимо обладать информацией об основных физико-химических свойствах частиц дисперсном составе, аэродинамических и тепловых характеристиках. [c.85]

Уравнение разрушения Гриффитса не только устанавливает, что прочность тела связана с наличием трещины согласно анализу Инглиса, но показывает также, что реальная прочность материала зависит от размера трещины и двух характеристик материала. Таким образом, прочность материала определяется тремя факторами энергией разрушения у, модулем упругости Е и размером трещины с. Важное значение этого соотношения состоит в том, что представляется возможным проанализировать прочность материала в зависимости от этих определяющих прочность факторов. Для объяснения прочностных свойств композитов с дисперсными частицами необходимо исследовать влияние дисперсной фазы на каждый из указанных факторов. Прежде чем сделать это, обсудим две важные стороны концепции Гриффитса, так как они составляют основу этой главы. [c.17]

В основном наибольшее влияние дисперсной фазы состоит в увеличении размера трещины, который влияет на все пять параметров композитов, отмеченных выше. Это влияние обычно приводит к более низкой прочности по сравнению с прочностью матрицы без второй фазы. Экспериментальные и теоретические исследования показывают, что размер трещины можно довести до минимума и тем самым получить оптимальную прочность композита при применении дисперсных частиц малого размера. Для этого требуется также незначительный разброс размеров частиц, а скопления частиц (агломераты) должны быть сведены до минимума посредством соответствующего метода введения дисперсной фазы. Как отмечено, модуль упругости композитов с дисперсными частицами зависит не только от упругих свойств двух фаз. Трещины, которые могут развиться в процессе охлаждения композита ниже температуры его изготовления, и псевдопоры, образованные под напряжением вследствие слабой связи по поверхностям раздела, приводят к более низким модулям упругости по сравнению с обычно вычисляемыми. Так как для получения оптимальной прочности необходим наибольший модуль упругости, наличие трещин может быть сведено до минимума, несмотря на большие остаточные термические напряжения путем изготовления композита с дисперсными частицами малого размера. Подобным образом можно избежать образования псевдопор при низком уровне приложенных напряжений путем обеспечения хорошей связи по поверхностям раздела между соединяемыми фазами. Следует отметить, что, хотя большие остаточные напряжения обычно нежелательны, они могут быть полезны в полимерных композитах для увеличения уровня приложенных напряжений, приводящих к образованию псевдопор, в тех случаях, когда невозможно получить хорошую связь по поверхностям раздела. [c.55]

В данной главе излагаются микромеханические теории, применяемые для предсказания прочности однонаправленных композитов при одноосном нагружении. В этих теориях заранее предполагаются известными необходимые для расчетов свойства компонентов и считается, что направление нагружения совпадает с главными осями однонаправленного композита. Рассматриваемые прочности связаны с сопротивлением либо нагружению в плоскости, либо изгибу, либо простому сдвигу. Обсуждение относится в первую очередь к волокнистым композитам с неметаллической матрицей, в которых все волокна уложены параллельно и в одной плоскости. Однако представленные здесь микромеханические теории можно перенести и на волокнистые композиты с металлической матрицей, если при этом не нарушаются основные допущения. Некоторые описанные ниже представления могут быть также приложены к композитам с дисперсными частицами. [c.107]

Как и следует из теоретических предположений, дисперсная фаза увеличивает энергию разрушения хрупкого материала, причем в наибольшей степени при дисперсии частиц большого размера. Модуль упругости композита обычно определяется упругими свойствами составляющих его фаз. Когда существует либо большое различие в термическом расширении отдельных фаз, либо фазы плохо соединены друг с другом, модуль упругости композита значительно ниже предсказанного теорией из-за возникновения либо трещин в процессе изготовления, либо дефектов типа пор (псевдопор) в процессе приложения напряжений. Для получения высокой прочности необходимы большая энергия разрушения и высокий модуль упругости. [c.12]

В случае непроводящей матрицы с металлическими наночастицами перенос носителей может осуществляться либо переходом через барьер, либо туннелированием (прыжковая проводимость). В основном реализуется второй случай. Проводимость, естественно, зависит от свойств индивидуальных компонентов и их соотношения при определенном объемном содержании проводящего компонента возникают токопроводящие каналы и наблюдается резкое возрастание проводимости (так называемый перколяцион-ный эффект). Порог перколяции для композитов обычной дисперсности составляет, как правило, 15 —17 об. % проводящей фазы. Для прессованной композиции 2г02 + N1 (размер частиц соответственно 100 и 60 нм пористость около 40 %) резкое возрастание проводимости наблюдалось при содержании N1 27,5 об. % [8]. [c.69]

Важным условием стабильности естественных композитов, полученных НК, является выбор в качестве их основы таких систем, где на псевдо-двойном политермическом разрезе отсутствует заметная температурная зависимость взаимной растворимости компонентов, иначе при термоцик-лировании это может привести к частичному растворению упрочняющих фаз - пластин или волокон (особенно при забросах рабочих температур до предплавильных) с последующим выделением при низких температурах из пересыщенного твердого раствора на основе матрицы дисперсных равноосных частиц упрочняющей фазы. Это приведет к дефадации структуры пластин или волокон и свойств композитов. V [c.223]

Развитый в данной работе фрактальный подход к описанию процесса консолидации опирается на механические свойства компактного материала, т. е. свойства материала частиц порошка. В случае смеси порошков в качестве таковых выступают эффективные свойства компакх ной консолидированной смеси. Методы описания эффективных механических свойств и их связь с закономерностями структурообразования в дисперсно — наполненных композитах будут подробно рассмотрены в последующих главах монографии. В данном параграфе основное внимание уделено некоторым характерным особенностям процесса получения таких материалов, проявляющимся при уплотнении смеси порошков. [c.126]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...