Композиционные материалы — Материаловедение | iFREEstore

Композиционные материалы

Композиционные материалы - искусственно созданные материалы, которые состоят из двух или более компонентов, различающихся по составу и разделенных выраженной границей, и которые имеют новые свойства, запроектированные заранее.

Компоненты композиционного материала различны по геометрическому признаку.

Компонент, непрерывный во всем объеме композиционного материала, называется матрицей.

Компонент прерывистый, разделенный в объеме композиционного материала, называется арматурой.

Матрица придает требуемую форму изделию, влияет на создание свойств композиционного материала, защищает арматуру от механических повреждений и других воздействий среды.

В качестве матриц в композиционных материалах могут быть использованы металлы и их сплавы, полимеры органические и неорганические, керамические, углеродные и другие материалы. Свойства матрицы определяют технологические параметры процесса получения композиции и ее эксплуатационные свойства: плотность, удельную прочность, рабочую температуру, сопротивление усталостному разрушению и воздействию агрессивных сред.

Армирующие или упрочняющие компоненты равномерно распределены в матрице. Они, как правило, обладают высокой прочностью, твердостью и модулем упругости и по этим показателям значительно превосходят матрицу. Вместо термина армирующий компонент можно использовать термин наполнитель.

Композиционные материалы классифицируют по геометрии наполнителя, расположению его в матрице, природе компонентов.

По геометрии наполнителя композиционные материалы подразделяются на три группы:

  • с нуль-мерными наполнителями, размеры которых в трех измерениях имеют один и тот же порядок;
  • с одномерными наполнителями, один из размеров которых значительно превышает два других;
  • с двухмерными наполнителями, два размера которых значительно превышают третий.

По схеме расположения наполнителей выделяют три группы композиционных материалов:

  • с одноосным (линейным) расположением наполнителя в виде волокон, нитей, нитевидных кристаллов в матрице параллельно друг другу;
  • с двухосным (плоскостным) расположением армирующего наполнителя, матов из нитевидных кристаллов, фольги в матрице в параллельных плоскостях;
  • с трехосным (объемным) расположением армирующего наполнителя и отсутствием преимущественного направления в его расположении.

По природе компонентов композиционные материалы разделяются на четыре группы:

  • композиционные материалы, содержащие компонент из металлов или сплавов;
  • композиционные материалы, содержащие компонент из неорганических соединений оксидов, карбидов, нитридов и др.;
  • композиционные материалы, содержащие компонент из неметаллических элементов, углерода, бора и др.;
  • композиционные материалы, содержащие компонент из органических соединений эпоксидных, полиэфирных, фенольных и др.

Свойства композиционных материалов зависят не только от физико-химических свойств компонентов, но и от прочности связи между ними. Максимальная прочность достигается, если между матрицей и арматурой происходит образование твердых растворов или химических соединений.

В композиционных материалах с нуль-мерным наполнителем наибольшее распространение получила металлическая матрица. Композиции на металлической основе упрочняются равномерно распределенными дисперсными частицами различной дисперсности. Такие материалы отличаются изотропностью свойств.

В таких материалах матрица воспринимает всю нагрузку, а дисперсные частицы наполнителя препятствуют развитию пластической деформации. Эффективное упрочнение достигается при содержании 5…10 % частиц наполнителя.

Армирующими наполнителями служат частицы тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов.

Дисперсионно упрочненные композиционные материалы получают методами порошковой металлургии или вводят частицы армирующего порошка в жидкий расплав металла или сплава.

Промышленное применение нашли композиционные материалы на основе алюминия, упрочненные частицами оксида алюминия (Al2O3). Их получают прессованием алюминиевой пудры с последующим спеканием (САП). Преимущества САП проявляются при температурах выше 300oС, когда алюминиевые сплавы разупрочняются. Дисперсионно упрочненные сплавы сохраняют эффект упрочнения до температуры 0,8 Тпл.

Сплавы САП удовлетворительно деформируются, легко обрабатываются резанием, свариваются аргонодуговой и контактной сваркой. Из САП выпускают полуфабрикаты в виде листов, профилей, труб, фольги. Из них изготавливают лопатки компрессоров, вентиляторов и турбин, поршневые штоки.

В композиционных материалах с одномерными наполнителями упрочнителями являются одномерные элементы в форме нитевидных кристаллов, волокон, проволоки, которые скрепляются матрицей в единый монолит. Важно, чтобы прочные волокна были равномерно распределены в пластичной матрице. Для армирования композиционных материалов используют непрерывные дискретные волокна с размерами в поперечном сечении от долей до сотен микрометров.

Материалы, армированные нитевидными монокристаллами, были созданы в начале семидесятых годов для авиационных и космических конструкций. Основным способом выращивания нитевидных кристаллов является выращивание их из перенасыщенного пара (ПК-процесс). Для производства особо высокопрочных нитевидных кристаллов оксидов и других соединений осуществляется рост по П-Ж-К – механизму: направленный рост кристаллов происходит из парообразного состояния через промежуточную жидкую фазу.

Осуществляется создание нитевидных кристаллов вытягиванием жидкости через фильеры. Прочность кристаллов зависит от сечения и гладкости поверхности.

Композиционные материалы этого типа перспективны как высокожаропрочные материалы. Для увеличения к.п.д. тепловых машин лопатки газовых турбин изготавливают из никелевых сплавов, армированных нитями сапфира (Al2O3), это позволяет значительно повысить температуру на входе в турбину (предел прочности сапфировых кристаллов при температуре 1680oС выше 700 МПа).

Армирование сопл ракет из порошков вольфрама и молибдена производят кристаллами сапфира как в виде войлока, так и отдельных волокон, в результате этого удалось удвоить прочность материала при температуре 1650°C. Армирование пропиточного полимера стеклотекстолитов нитевидными волокнами увеличивает их прочность. Армирование литого металла снижает его хрупкость в конструкциях. Перспективно упрочнение стекла неориентированными нитевидными кристаллами.

Для армирования композиционных материалов применяют металлическую проволоку из разных металлов: стали разного состава, вольфрама, ниобия, титана, магния - в зависимости от условий работы. Стальная проволока перерабатывается в тканые сетки, которые используются для получения композиционных материалов с ориентацией арматуры в двух направлениях.

Для армирования легких металлов применяются волокна бора, карбида кремния. Особенно ценными свойствами обладают углеродистые волокна, их применяют для армирования металлических, керамических и полимерных композиционных материалов.

Эвтектические композиционные материалы - сплавы эвтектического или близкого к эвтектическому состава, в которых упрочняющей фазой выступают ориентированные кристаллы, образующиеся в процессе направленной кристаллизации. В отличие от обычных композиционных материалов, эвтектические получают за одну операцию. Направленная ориентированная структура может быть получена на уже готовых изделиях. Форма образующихся кристаллов может быть в виде волокон или пластин. Способами направленной кристаллизации получают композиционные материалы на основе алюминия, магния, меди, кобальта, титана, ниобия и других элементов, поэтому они используются в широком интервале температур.

Полимерные композиционные материалы. Особенностью является то, что матрицу образуют различные полимеры, служащие связующими для арматуры, которая может быть в виде волокон, ткани, пленок, стеклотекстолита.

Формирование полимерных композиционных материалов осуществляется прессованием, литьем под давлением, экструзией, напылением.

Широкое применение находят смешанные полимерные композиционные материалы, куда входят металлические и полимерные составляющие, которые дополняют друг друга по свойствам. Например, подшипники, работающие в условиях сухого трения, изготовляют из комбинации фторопласта и бронзы, что обеспечивает самосмазываемость и отсутствие ползучести.

Созданы материалы на основе полиэтилена, полистирола с наполнителями в виде асбеста и других волокон, обладающие высокими прочностью и жесткостью.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

Lektsii_po_materialovedeniyu.doc

Lektsii_po_materialovedeniyu.doc
Размер: 1.7 Мб

.

Пожаловаться на материал

Материаловедение. Особенности атомно-кристаллического строения металлов. Кристаллизации металлов. Методы исследования металлов. Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов. Нагрузки, напряжения и деформации. Механические свойства. Механические свойства (продолжение).Технологические и эксплуатационные свойства. Конструкционная прочность материалов. Особенности деформации поликристаллических тел. Наклеп, возврат и рекристаллизация. Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния железо-углерод. Стали. Классификация и маркировка сталей. Чугуны. Диаграмма состояния железо-графит. Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов. Виды термической обработки металлов. Основы теории термической обработки стали. Методы упрочнения металла.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Эта тема принадлежит разделу:

Материаловедение

Материаловедение. Особенности атомно-кристаллического строения металлов. Кристаллизации металлов. Методы исследования металлов. Общая теория сплавов. Строение, кристаллизация и свойства сплавов. Диаграмма состояния. Диаграммы состояния двухкомпонентных сплавов. Нагрузки, напряжения и деформации. Механические свойства. Механические свойства (продолжение).Технологические и эксплуатационные свойства. Конструкционная прочность материалов. Особенности деформации поликристаллических тел. Наклеп, возврат и рекристаллизация. Железоуглеродистые сплавы. Диаграмма состояния железо-углерод. Стали. Классификация и маркировка сталей. Чугуны. Диаграмма состояния железо-графит. Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов. Виды термической обработки металлов. Основы теории термической обработки стали. Методы упрочнения металла.

К данному материалу относятся разделы:

Металлы, особенности атомно-кристаллического строения

Понятие об изотропии и анизотропии

Аллотропия или полиморфные превращения

Магнитные превращения

Строение реальных металлов. Дефекты кристаллического строения

Механизм и закономерности кристаллизации металлов

Условия получения мелкозернистой структуры

Строение металлического слитка

Определение химического состава

Изучение структуры

Физические методы исследования

Понятие о сплавах и методах их получения

Основные понятия в теории сплавов

Особенности строения, кристаллизации и свойств сплавов: механических смесей, твердых растворов, химических соединений

Классификация сплавов твердых растворов

Кристаллизация сплавов

Диаграмма состояния

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии (сплавы твердые растворы с неограниченной растворимостью)

Диаграмма состояния сплавов с отсутствием растворимости компонентов в компонентов в твердом состоянии (механические смеси)

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии

Диаграмма состояния сплавов, компоненты которых образуют химические соединения

Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (переменная растворимость)

Связь между свойствами сплавов и типом диаграммы состояния

Физическая природа деформации металлов

Природа пластической деформации

Дислокационный механизм пластической деформации

Разрушение металлов

Механические свойства и способы определения их количественных характеристик

Механические свойства и способы определения их количественных характеристик: твердость, вязкость, усталостная прочность

Твердость по Бринеллю ( ГОСТ 9012)

Метод Роквелла ГОСТ 9013

Метод Виккерса

Метод царапания

Динамический метод (по Шору)

Влияние температуры

Способы оценки вязкости

Оценка вязкости по виду излома

Эксплуатационные свойства

Конструкционная прочность материалов

Особенности деформации поликристаллических тел

Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла: наклеп

Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла: возврат и рекристаллизация

Структуры железоуглеродистых сплавов

Компоненты и фазы железоуглеродистых сплавов

Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов

Структуры железоуглеродистых сплавов

Влияние углерода

Влияние примесей

Назначение легирующих элементов

Распределение легирующих элементов в стали

Классификация и маркировка сталей

Качественные углеродистые стали

Сталь У10А

Легированные конструкционные стали

Легированные инструментальные стали

Быстрорежущие инструментальные стали

Шарикоподшипниковые стали

Классификация чугунов

Диаграмма состояния железо – графит

Процесс графитизации

Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов

Влияние состава чугуна на процесс графитизации

Влияние графита на механические свойства отливок

Положительные стороны наличия графита

Серый чугун

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом

Ковкий чугун

Отбеленные и другие чугуны

Виды термической обработки металлов

Превращения, протекающие в структуре стали при нагреве и охлаждении

Превращение перлита в аустетит

Превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении

Закономерности превращения

Промежуточное превращение

Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения

Превращение мартенсита в перлит

Отжиг и нормализация. Назначение и режимы

Отжиг первого рода

Нормализация. Разновидность отжига

Технологические особенности и возможности закалки и отпуска

Химико-термическая обработка стали

Цементация

Цементация в твердом карбюризаторе

Газовая цементация

Структура цементованного слоя

Термическая обработка после цементации

Азотирование

Цианирование и нитроцементация

Диффузионная металлизвция

Термомеханическая обработка стали

Поверхностное упрочнение стальных деталей

Закалка токами высокой частоты

Газопламенная закалка

Старение

Обработка стали холодом

Упрочнение методом пластической деформации

Конструкционные стали

Легированные стали

Влияние элементов на полиморфизм железа

Влияние легирующих элементов на превращение перлита в аустенит

Влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита

Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение

Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске

Классификация легированных сталей

Классификация конструкционных сталей

Углеродистые стали

Цементуемые стали

Улучшаемые стали

Улучшаемые легированные стали

Высокопрочные стали

Пружинные стали

Шарикоподшипниковые стали

Стали для изделий, работающих при низких температурах

Износостойкие стали

Автоматные стали

Стали для режущего инструмента

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435)

Легированные инструментальные стали

Быстрорежущие стали

Стали для измерительных инструментов

Штамповые стали

Стали для штампов холодного деформирования

Стали для штампов горячего деформирования

Твердые сплавы

Алмаз как материал для изготовления инструментов

Коррозия электрохимическая и химическая

Классификация коррозионно-стойких сталей и сплавов

Хромистые стали

Жаростойкость, жаростойкие стали и сплавы

Жаропрочность, жаропрочные стали и сплавы

Классификация жаропрочных сталей и сплавов

Медь и ее сплавы

Титан и его сплавы

Области применения титановых сплавов

Алюминий и его сплавы

Алюминиевые сплавы

Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой

Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой

Литейные алюминиевые сплавы

Магний и его сплавы

Деформируемые магниевые сплавы

Литейные магниевые сплавы

Медь и ее сплавы

Латуни

Бронзы

Композиционные материалы

Материалы порошковой металлургии

Пористые порошковые материалы

Прочие пористые изделия

Конструкционные порошковые материалы

Спеченные цветные металлы

Электротехнические порошковые материалы

Магнитные порошковые материалы

Похожие материалы:

Организация здравоохранения и общественное здоровье (ОЗиЗО)

46 причин пить воду

Сорок шесть причин, по которым качественная вода ежедневно необходима Вашему организму

Кормораздатчики. Удаление навоза

Мобильные кормораздатчики. Стационарные кормораздатчики для ферм. Стационарные и мобильные кормораздатчики для свиноферм. Механизация удаления навоза из животноводческих помещений. Гидравлические системы удаления навоза. Мобильные средства уборки навоза. Машины для транспортировки жидких органических удобрений

Сказуемое и его типы

Типы сказуемых. Простое глагольное сказуемое, составное сказуемое, составное глагольное сказуемое, составное именное сказуемое, часть составного глагольного сказуемого инфинитив. Сказуемое отвечает на вопросы.

Проблема историзма былин в работах В.Я. Проппа и Б.А. Рыбакова

Проблема историзма вызвала острые научные споры и дискуссии в советской фольклористике в связи с вопросом историзма былин.