Псевдопоры

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]

Следует отметить, что модули упругости обычно измеряются при низких уровнях напряжений. Возможно, что, хотя трещин при низком уровне напряжений может и не быть, при более высоких напряжениях может образоваться много трещин, что вызовет уменьшение модуля упругости перед разрушением. Позднее будет показано, что указанный эффект обнаружен в полимерных матрицах, слабо связанных с частицами, когда под действием напряжений связь между ними нарушается с образованием псевдопор. [c.34]

Доказательство того, что псевдопоры образуются в процессе приложения нагрузки, может быть получено при исследовании характера кривой напряжение — деформация для композита, изготовленного с использованием разделяющего состава. Например, на рис. 19 приведены данные из работы [56], а именно зависимость напряжение — деформация матричной фазы и схематическая иллюстрация образования псевдопор. Наклон кривой напряжение — деформация, который представляет собой модуль упругости материала, сначала постоянен и больше наклона для матрицы, что и следовало предполагать для случая т > 20. При напряжении, составляющем около 60% от разрушающего напряжения, наклон начинает быстро уменьшаться. Незадолго до разрушения наклон кривой напряжение — деформация для композита меньше, чем для матрицы, что соответствует случаю /п < 1- Таким образом, начальный модуль упругости, определенный по низкому уровню напряжений, совершенно отличен от модуля, соответствующего состоянию, близкому к разрушению, а при анализе прочности в механике разрушения необходим последний. [c.50]

Полученный характер кривой напряжения — деформации для композитов, изготовленных с применением соединяющего состава, не свидетельствует о быстром изменении модуля упругости при увеличении нагрузки, что показывает образование значительно меньшего количества псевдопор перед разрушением в случае лучшей связи по границам раздела. [c.51]

Из анализа энергии разрушения, модуля упругости и прочности этой системы ясно, что, несмотря на более высокую энергию разрушения композитов с плохими связями по поверхностям раздела, прочностные свойства вследствие этой слабой связи определяют более низкий модуль упругости перед разрушением. Следует также отметить, что псевдопоры представляют собой более опасные инициаторы трещин, чем связанные с матрицей частицы, что также приводит к более низким прочностям. [c.51]

В работе [33] исследовано влияние связей по поверхностям раздела на прочность аналогичной системы эпоксидная смола — стекло и показан подобный характер изменения прочностных свойств композитов, изготовленных с применением разделяющих и соединяющих составов, а также без обработки шариков. Различие прочностных свойств этих трех композитов было значительно больше различия, определенного в работе [56]. Одним из объяснений этого может быть более низкая температура отверждения композитов (60 °С в работе [33] и 150 °С в работе [56]), которая приводила к меньшим сжимающим напряжениям вокруг каждого стеклянного шарика и в результате этого к уменьшению приложенных напряжений, необходимых для образования псевдопор. Характер кривых напряжение — деформация для композитов, изготовленных с применением разделяющих и соединяющих составов, совпадал с приведенными в работе [56], вновь подтверждая, что при применении разделяющих составов перед разрушением образуются псевдопоры. Кривые напряжение — деформация для композитов с поверхностно необработанными шариками показывают, что в этих материалах также образуются псевдс-поры. [c.51]

В заключение отметим, что прочность связи может существенно влиять на прочность композитов с частицами. В композитных системах с > р, к которым относятся все системы полимер — неорганические частицы, последние испытывают сжатие при охлаждении ниже температуры их изготовления, что помогает нести приложенную силу при низком уровне напряжений независимо от степени связи по поверхностям раздела. При более высоких уровнях напряжений у каждой частицы со слабыми связями но поверхностям раздела образуются псевдопоры, которые существенно уменьшают модуль упругости композита. Таким образом, оптимальная прочность композита может быть получена при достаточно прочной связи между поверхностями раздела двух фаз. Подход механики разрушения также подтверждает, что в тех случаях, когда не представляется возможным получить прочные связи по поверхностям раздела и а , > р, более высокая температура изготовления будет увеличивать уровень напряжений, при котором образуются псевдопоры, повышая таким образом прочность этих композитов. Как будет показано ниже, остаточные напряжения, возникающие вследствие различных термических расширений, могут быть также и вредными, особенно для композитов с дисперсными частицами большого размера. [c.52]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...