Получение улучшенных композиционных материалов

ПОЛУЧЕНИЕ УЛУЧШЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ [c.251]

Уже с самых ранних дней развития цивилизации, когда нельзя было найти единого материала для удовлетворения необходимых потребностей, использовались композиционные материалы. Комбинирование двух или более материалов но их физическим свойствам для образования улучшенного композиционного материала проводилось экспериментально и в соответствии с накопленным опытом. И только недавно, когда возникла необходимость в создании более прочных, жестких и легких материалов, в основном для авиационной промышленности, ученые и инженеры начали вести интенсивные исследования в области современных волокнистых композиционных материалов. Усилия, направленные на получение желаемых конструкционных материалов, были распределены между многими группами ученых и инженеров, работающими в разных направлениях. Некоторые разрабатывали новые [c.267]

Образцы композиционных материалов с матрицей из алюминия, легированного 12% кремния (№ 5, 10) и 35% магния (№ 6), упрочненной композиционной лентой из борного волокна, покрытого нитридом бора и пропитанного алюминием, имели малую прочность и низкий коэффициент эффективности матрицы. При этом коэффициент р образцов с алюминиевой матрицей, легированной 35% магния, имеющей более низкую температуру плавления, был несколько выше по сравнению с силуминовой матрицей. В образцах в состоянии после литья он достигал 0,75. Судя по уровню прочности этих образцов (№ б), матрица, заключенная между слоями ленты, имеющая после литья грубые дефекты, практически не несет нагрузки, и вклад в прочность композиции вносит только композиционная лента. Если учесть, что максимальная температура, действию которой подвергались волокна в процессе изготовления композиционного материала, не превышала 450°С и они были защищены от действия расплава матрицей из алюминия, входящей в состав композиционной ленты, то фактически все повреждения, которые можно было наблюдать на волокнах, являлись результатом процесса пропитки волокон расплавом при получении ленты. Это соображение подтверждается опытом по гомогенизации образцов с матрицей из алюминия с 35% магния после пропитки (партия № 7). Образцы, подвергавшиеся гомогенизации при температуре 400° С в течение 70 ч, показали прочность 70 кгс/мм , что на 15,5 кгс/мм выше прочности образцов в состоянии после литья. Повышение прочности является следствием улучшения свойств матрицы, повышения ее способности передавать напряжения от разрушенных волокон к более прочным волокнам. Гомогенизация повышает коэффициент эффективности матрицы при содержании 37 об. % волокна от 0,75 до 0,93, причем эти цифры характеризуют величину полного разрушения волокна, обусловленного всем технологическим циклом, включающим процесс нанесения покрытия из нитрида бора, получение ленты методом протяжки через расплав алюминия и процесс окончательной пропитки. [c.111]

В работе [174] метод вакуумно-компрессионной пропитки применялся для получения композиционных материалов на основе алюминия, упрочненного нитевидными кристаллами сапфира. Нитевидные кристаллы с покрытием из титана толщиной 0,05 мкм, предотвращающим растворение волокон в алюминиевой матрице, и с нанесенным поверх первого покрытия слоем никеля толщиной 0,3 мкм для улучшения смачиваемости, прядением вручную собирали в жгуты диаметром 1,5—2,5 мм. Жгуты укладывали в форму, которую затем вакуумировали и нагревали до температуры пропитки 720° С. Пропитку осуществляли под давлением водорода 2 кгс/см . Полученные образцы испытывали при растяжении. Испытания показали большой разброс прочности. Максимальная прочность при температуре 500° С, равная —38 кгс/мм , была получена на композиции, содержащей 30 об. % нитевидных кристаллов сапфира. [c.115]

В октябре 1981 г. под эгидой Министерства торговли и промышленности Японии разработана программа перспективных фундаментальных научных и технологических исследований, цель которых осуществление технической реформы в течение последующих 8 лет совместными усилиями промышленных предприятий, научных и государственных учреждений. Один из разделов этой программы работы в области композиционных материалов. Что касается армированных материалов, то здесь работы будут вестись в следующих направлениях проектирование, материаловедение, технология получения материалов и их переработки, оценка качества изделий [19]. В области технологии получения и формования материалов и изделий из них, а также оценки их качества значительные усилия будут направлены, в частности, на улучшение свойств углепластиков, и поэтому ожидается значительный прогресс в совершенствовании этих материалов. [c.174]

Кроме метода порошковой металлургии существуют и другие технологии получения дисперсионно-упрочненных композиционных материалов. Например, вводят частицы армирующего порошка в жидкий расплав металла или сплава. Улучшения смачивания частиц жидким металлом и равномерного распределения их в матрице достигают в этом случае ультразвуковой обработкой расплава или другими способами. Равномерное распределение упрочняющей фазы по объему композиции чаще все же достигается применением твердофазных методов. [c.254]

Эти результаты представляют значительное улучшение прежних дости кений и демонстрируют ва кность технологии производства в разработке композиционных материалов. Сочетание продольной и поперечной прочности, достигнутое в этом исследовании, намного превышает соответствующие показатели, полученные с матрицами из пластика и алюминия, когда часть волокон приходится располагать во внеосевых положениях с целью обеспечения достаточной внеосевой прочности, за счет прочности в продольном направлении. Это преимущество титановой матрицы отмечалось во введении к данной главе при рассмотрении роли композиционных материалов с титановой матрицей. Дополнительное преимущество этой матрицы продемонстрировано при высокотемпературных испытаниях обсуждаемых композиционных материалов [5]. Прочность 180 ООО фунт/кв. дюйм (126,5 кгс/мм ) при комнатной температуре снизилась до 122 ООО фунт/кв. дюйм (85,8 кгс/мм ) при 1000° F (538° С), в то время как в том же температурном интервале прочность в поперечном направлении уменьшилась лишь с 64 000 до 40 ООО фунт/кв. дюйм (с 45,0 до 28,1 кгс/мм ). [c.320]

Как и в случае композиций на осиове свинца, уровень полученных удельных и механических характеристик композиционных материалов на основе цинка достигает уровня соответствующих характеристик углеродистых сталей. Такое улучшение прочности и жесткости, несомненно, обеспечит композициям па основе цинка расширение области их применения. [c.411]

Композиционные материалы (КМ) —это системы, составленные (скомбинированные) из разных материалов с целью получения улучшенных эксплуатационных свойств по сравнению со свойствами отдельных составляющих компонентов. В качестве примера природных композиционных систем можно привести минералы (гранит, многие разновидности кремнезема и др.), стволы деревьев, кости, зубы и ткани животных и т. д. [c.8]

Получение улучшенных композиционных материалов, как и любых армированных волокном композитов, требует такой ориентации армирующих волокон в матрице, чтобы был обеспечен за-9 П/р Дж. Любнна 257 [c.257]

Химическое меднение. Химическое меднение является одним из немногих способов получения композиционных материалов на основе меди и его сплавов, армированных углеродным волокном. Введение углеродных волокон в медные сплавы целесообразно в некоторых случаях, когда требуется материал с высокими элек-тро- и теплопроводностью, близкими к соответствующим характеристикам меди, но более прочный, с более низким температурным коэффициентом линейного расширения. Кроме того, он может служить и хорошим материалом для высокопрочных, самосмазываю-щихся ПОДЦ1ИИНИКОВ трения. Часто химическое меднение исполь-зуют для улучшения смачиваемости углеродных волокон или нитевидных кристаллов в процессе изготовления композиционных материалов на основе алюминиевых сплавов методом пропитки жидким расплавом, либо в качестве подслоя на этих унрочните-лях, образующего плавящуюся эвтектику в контакте с металлом матрицы, используемым в виде тонких фольг при горячем прессовании. [c.186]

Сначала низкая стоимость оснастки была наиболее важным преимуществом композиционных материалов. Существенные улучшения как самих композитов, так и процессов их получения предопределили возможность количественного увеличения производства. Это, в свою очередь, обусловило создание лучшей, более удобной оснастки и разработку средств и методов автоматизации процессов переработки. Использование контрольно-измерительной аппаратуры в процессах формования привело к улучшению качества продукции. Применение покрытий из полиуретанов прямо в форме, впервые использованное для панелей кузова автомобиля Корвет в 1980 г. и повторенное в 1981 г. для задней двери фургона фирмы Олдсмобиль , явилось дополнительным средством для улучшения качества поверхности деталей с одновременной перспективой снижения цен. В настоящее время разрабатывается система перестановки форм, позволяющая снизить ка 80 % потребное количество формовочных прессов большого усилия. [c.508]

В этой главе сделана попытка очень кратко описать основные материалы, процессы получения и характеристики композиционных СП, обычно используемых в судостроении, а также влияние на них соответствующих условий окружающей среды. В силу того, что каждый из компонентов этой системы представляет, в свою очередь, достаточно широкую и сложную структуру, было бы невозможно описать каждую из них достаточно детально. Приведено значительное число источников, из которых можно извлечь более детальную информацию, касающуюся специфических областей применения композитов. Существует ряд обычных областей, в которых необходимость в дальнейших технологических усовершенствованиях может в дальнейшем послужить причиной создания новых композиционных материалов. Примерами в этой области являются огнестойкие смолы, обладающие улучшенной прочностью на сдвиг, высокотермостойкие смолы, которые должны быть простыми в обращении и легко отверждаться, а также простые в обращении клеевые системы, удобные для использования в судостроении. Для автоматизации процессов изготовления крупных судовых корпусов и других изделий из АП необходимо тщательное рассмотрение процессов их формования и существенное их улучшение, что должно, в свою очередь, привести к созданию более дешевых высококачественных кон-534 [c.534]

На примере двух изученных эвтектик, а именно NijAl—NigNb и (Со, Сг, А1)—(Сг, Со),Сз, убедительно показана возможность получения образцов с более высоким пределом выносливости. Механизм наблюдаемого улучшения свойств двухфазных композиционных материалов еще не ясен и нужно показать, является ли это явлением общим. [c.150]

Для улучшения свойств композиционных материалов часто применяют смесь двух или более те1рмореак-тивщых смол (компаунды). При этом возможно получение более дешевых материалов с заданными эксплуатационными свойствами [4, 148]. Наиболее распространенными, выпускаемыми отечественной промышленностьк> являются компаунды (модифицированные смолы) на основе эпоксидных смол, модифицированных полиэфирами. [c.129]

В качестве отвердителей эпоксидных олигомеров могут применяться различные продукты. Важнейшими можно считать следующие щелочные соединения на основе аминов (производные аммиака НН.,, в котором атомы водорода замещены углеводородными радикалами) кислые — ангидриды различных органических кислот. В качестве отвердителей имеют применение также и некоторые олигомеры-(фенолформальдегидные, анилинформальдегидные). Амин-иые отвердители могут отверждать эпоксидные смолы при комнатных температурах, но для ускорения отверждения и получения оптимальных свойств отвержденного продукта рекомендуется повышенная температура (70—100° С). Ангидридные отвердители требуют применения температуры в пределах 120—200° С. Отверждение эпоксидных олигомеров происходит путем соединения олигомеров. с отвердителем без выделения летучих продуктов, что обеспечивает небольшую усадкув процессе отверждения. Иногда к смолам добавляют так называемые активные разбавители, уменьшающие вязкость для улучшения технологичности олигомеров при их использовании и входящие в состав отвержденных смол. Возможно использование ускорителей отверждения. На свойства отвержденных продуктов влияет не только тип олигомера, но и отвердитель. Олигомеры, отвержденные ангидридами, имеют более высокие электри-" ческие и механические свойства, чем отвержденные аминами. Нагревостойкость композиционных материалов на основе неорганических наполнителей и эпоксидных полимеров может быть доведена до класса Н, но в большинстве случаев эпоксидные полимеры дают системы изоляции классов нагревостойкости В и Р. Циклоалифатические полимеры имеют по сравнению с диановыми более высокие электрические свойства, влаго- и химостойкость, нагревостойкость, атмосферостойкость и трекингостойкость, а также большую скорость отверждения. Известным недостатком циклоалифатических смол является их хрупкость. Эпоксидные полимеры отличаются высокими механическими свойствами, хорошей адгезией к разным материалам. Они обладают хорошей короностойкостью. Следует отметить кроме [c.141]

II Нанесение барьерных покрытий на армирующие наполнители, например покрытий нз тугоплавких металлов, карбидов титана, гафния, бора, нитридов титана, бора, окислов иттрия на волокна углерода, бора, карбида кремния. Некоторые барьерные покрытия на волокнах, пренмуществеино металлические, служат средством улучшения смачивания волокон матричными расплавами, что особенно важно прн получении композиционных материалов жидкофазнымн методами [5]. Такие покрытия часто называют технологическими [c.493]

I - металлическая матрица 2 - волокно 3 - предварительная обработка волокон 4 - формование полуфабрикатов 5 - получение слоистого материала из полуфабрикатов 6 - формование (получение композиционного материала и придание формы) 7 - вторичная обработка 8 - применение 9 - элементарные волокна 10 - жгуты, нити 11 - ткани 12 - короткие волокна (монокристал-лические усы" и т. д.) 13 - улучшение смачиваемости волокон металлом и адгезии с ним, регулирование реакционной способности поверхности волокон 14 -химическое и физическое осаждение в газовой фазе 15 - металлизация и т. д. 16 — сырые полуфабрикаты в виде листов или лент 17 — металлизованные в расплаве листы или ленты 18 - пропитанная расплавом лента 19 - листы, полученные методом физического осаждения в газовой фазе 20 — придание материалу заданных анизотропных свойств 21 — горячее прессование 22 — горячее вальцевание 23 - горячая вытяжка 24 — HIP 25 — литье с дополнительной пропиткой расплавом 26 — парафинирование и т. д. 27 — механическая обработка 28 - механическое соединение 29 — диффузионная сварка 30 - парафинирование 31 — электросварка 32 — склеивание и т. д. [c.242]

Для улучшения свойств слабо нагруженных конструкций мокрое формование слоистых пластиков иногда сочетают с формованием с эластичной дргафрагмой. Поскольку сухое волокно трудно пропитать небольшим количеством смолы, исходное объемное соотношение смолы и армирующих материалов обычно берут не менее 2 1. Массовое соотношение этих компонентов я 1 1. При контактном формовании заготовок для компенсации высокого содержания смолы приходится увеличивать толщину композиционного материала. К таким изделиям относятся архитектурные панели и ограждения, арматура и облицовка ванных комнат, а также составные конструкции в легковых и грузовых автомобилях. Однако при получении ответственных опорных деталей иногда встречаются пространственные ограничения. Для уменьшения содержания смолы и улучшения конструкционных свойств можно использовать различные способы удаления излиш ка связующего. [c.99]

В связи с расширением использования для напыления керамических и других малопластичных материалов интересен разработанный во Франции новый метод подачи материалов в распылитель в виде гибких шнуров. Применение таких шнуров может привести к некоторому улучшению свойств напыляемых материалов, а также создает возможность получения композиционных покрытий. Особенно удобна работа с гибкими шнурами в условиях непрерывного промышленного производства. Вместе с тем широкое внедрение гибких шнуров для плазменного напыления будет сдерживаться отсутствием плазматронов с осевой подачей материала и ограниченностью срока хранения гибких шнуров из-за Ботери эластичности. [c.57]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...