Композиционные материалы это:

Композиционные материалы
        представляют собой металлические и неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (волокон, дисперсных частиц и др.); при этом эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композиции. По характеру структуры К. м. подразделяются на волокнистые, упрочнённые непрерывными волокнами и нитевидными кристаллами (См. Нитевидные кристаллы), Дисперсноупрочнённые материалы, полученные путём введения в металлическую матрицу дисперсных частиц упрочнителей, Слоистые материалы, созданные путем прессования или прокатки разнородных материалов. К. К. м. также относятся сплавы с направленной кристаллизацией эвтектических структур. Комбинируя объемное содержание компонентов, можно, в зависимости от назначения, получать материалы с требуемыми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиции с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами.
         Волокнистые К. м., армированные нитевидными кристаллами и непрерывными волокнами тугоплавких соединений и элементов (SiC, AI2O3, бор, углерод и др.) являются новым классом материалов. Однако принципы армирования для упрочнения известны в технике с глубокой древности. Еще в Вавилоне использовали тростник для армирования глины при постройке жилищ, а в Древней Греции железными прутьями укрепляли мраморные колонны при постройке дворцов и храмов. В 1555—60 при постройке храма Василия Блаженного в Москве русские зодчие Барма и Постник использовали армированные железными полосами каменные плиты. Прообразом К. м. являются широко известный Железобетон, представляющий собой сочетание бетона, работающего на сжатие, и стальной арматуры, работающей на растяжение, а также полученные в 19 в. прокаткой слоистые материалы.
         Успешному развитию современных К. м. содействовали: разработка и применение в конструкциях волокнистых стеклопластиков, обладающих высокой удельной прочностью (1940—50); открытие весьма высокой прочности, приближающейся к теоретической, нитевидных кристаллов и доказательства возможности использования их для упрочнения металлических и неметаллических материалов (1950—60); разработка новых армирующих материалов — высокопрочных и высокомодульных непрерывных волокон бора, углерода, Al2O3, SiC и волокон других неорганических тугоплавких соединений, а также упрочнителей на основе металлов (1960—70).
         В технике широкое распространение получили волокнистые К. м., армированные высокопрочными и высокомодульными непрерывными волокнами, в которых армирующие элементы несут основную нагрузку, тогда как матрица передаёт напряжения волокнам. Волокнистые К. м., как правило, анизотропны. Механические свойства их () определяются не только свойствами самих волокон (), но и их ориентацией, объёмным содержанием, способностью матрицы передавать волокнам приложенную нагрузку и др. Диаметр непрерывных волокон углерода, бора, а также тугоплавких соединений (В4С, SiC и др.) обычно составляет 100—150 мкм.
         Волокнистые К. м., в отличие от монолитных сплавов, обладают высокой усталостной прочностью σ-1. Так, например, σ-1 (база 107 циклов) алюминиевых сплавов составляет 130—150 Мн/м2 (13—15 кгс/мм2), в то время как у армированного борным волокном алюминиевого К. м. σ-1 около 500 Мн/м2 (при той же базе). Предел прочности и модуль упругости К. м. на основе алюминия, армированного борным волокном, примерно в 2 раза больше, чем у алюминиевых сплавов В-95 и АК4-1.
         Важнейшими технологическими методами изготовления К. м. являются: пропитка армирующих волокон матричным материалом; формование в пресс-форме лент упрочнителя и матрицы, получаемых намоткой; холодное прессование обоих компонентов с последующим спеканием, электрохимическое нанесение покрытий на волокна с последующим прессованием; осаждение матрицы плазменным напылением на упрочнитель с последующим обжатием; пакетная диффузионная сварка монослойных лент компонентов; совместная прокатка армирующих элементов с матрицей и другие.
         Табл. 1. — Механические свойства волокнистых композиционных материалов с непрерывными волокнами
        --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
        |                                   | Упрочнитель (волокно)                       |                               | Предел                   | Удельная               | Модуль                 | Удельный                    |     |
        |-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | Матрица (основа)        | материал                 | % (по объёму)  | Плотность, кг/м3     | прочности, Гн/м3     | прочность, кн-м/кг  | упругости, Гн/м3          | модуль упругости,       |
        |                                   |                                 |                        |                               |                               |                               |                                    | Мн-м/кг                       |
        |-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | Никель                       | Вольфрам                | 40                    | 12500                     | 0,8                          | 64                          | 265                             | 21,2                             |
        |-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        |                                   | Молибден                | 50                    | 9300                       | 0,7                          | 75                          | 235                             | 25,25                           |
        |-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | Титан                         | Карбид кремния       | 25                    | 4000                       | 0,9                          | 227                         | 210                             | 52                               |
        |-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | Алюминий                  | Борное волокно        | 45                    | 2600                       | 1,1                          | 420                         | 240                             | 100                              |
        |-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        |                                   | Стальная                 | 25                    | 4200                       | 1,2                          | 280                         | 105                             | 23,4                             |
        |                                   | проволока                |                        |                               |                               |                               |                                    |                                    |
        |-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        |                                   | Борное волокно        | 40                    | 2000                       | 1,0                          | 500                         | 220                             | 110                              |
        |-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | Магний                       | Углеродное волокно | 50                    | 1600                       | 1,18                        | 737                         | 168                             | 105                              |
        |-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | Полимерное                | Борное волокно        | 60                    | 1900                       | 1,4                          | 736                         | 260                             | 136,8                           |
        | связующее                 |                                 |                        |                               |                               |                               |                                    |                                    |
        |-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
        
         Табл. 2.— Свойства нитевидных кристаллов и непрерывных волокон
        ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
        | Упрочнитель    | Температура    | Плотность,       | Предел            | Удельная         | Модуль            | Удельный        |
        |                        | плавления, °С  | кг/м3                | прочности,       | прочность,       | упругости,       | модуль            |
        |                        |                        |                        | Гн/м2                | Мн•м/кг            | Гн/м2               | упругости, Мн• |
        |                        |                        |                        |                         |                        |                        | м/кг                 |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | Непрерывные волокна                                                                                                                                               |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | Al2O3               | 2050                | 3960                | 2,1                   | 0,53                 | 450                  | 113                  |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | B                     | 2170                | 2630                | 3,5                   | 1,33                 | 420                  | 160                  |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | C                     | 3650                | 1700                | 2,5                   | 1,47                 | 250—400          | 147—235          |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | B4C                  | 2450                | 2360                | 2.3                   | 0,98                 | 490                  | 208                  |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | SiC                  | 2650                | 3900                | 2,5                   | 0,64                 | 480                  | 123                  |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | W                    | 3400                | 19400               | 4,2                   | 0,22                 | 410                  | 21                    |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | Mo                   | 2620                | 10200               | 2,2                   | 0,21                 | 360                  | 35                    |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | Be                   | 1285                | 1850                | 1,5                   | 0,81                 | 240                  | 130                  |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | Нитевидные кристаллы (усы)                                                                                                                                     |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | Al2O3               | 2050                | 3960                | 28*                   | 7,1                   | 500                  | 126                  |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | AlN                  | 2400                | 3300                | 15*                   | 4,55                 | 380                  | 115                  |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | B4C                  | 2450                | 2520                | 14*                   | 5,55                 | 480                  | 190                  |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | SiC                  | 2650                | 3210                | 27*                   | 8,4                   | 580                  | 180                  |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | Si2N4                | 1900                | 3180                | 15*                   | 4,72                 | 495                  | 155                  |
        |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
        | C                     | 3650                | 1700                | 21*                   | 12,35               | 700                  | 410                  |
        ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
        
        *Максимальные значения.
         В узлах конструкций, требующих наибольшего упрочнения, армирующие волокна располагаются по направлению приложенной нагрузки. Цилиндрические изделия и другие тела вращения (например, сосуды высокого давления) армируют волокнами, ориентируя их в продольном и поперечном направлениях. Увеличение прочности и надежности в работе цилиндрических корпусов, а также уменьшение их массы достигается внешним армированием узлов конструкций высокопрочными и высокомодульными волокнами, что позволяет повысить в 1,5—2 раза удельную конструктивную прочность по сравнению с цельнометаллическими корпусами. Упрочнение материалов волокнами из тугоплавких веществ значительно повышает их жаропрочность. Например, армирование никелевого сплава вольфрамовым волокном (проволокой) позволяет повысить его жаропрочность при 1100 °С в 2 раза.
         Весьма перспективны К. м., армированные нитевидными кристаллами (усами) керамических, полимерных и др. материалов. Размеры усов обычно составляют от долей до нескольких мкм по диаметру и примерно 10—15 мм по длине.
         Разрабатываются К. м. со специальными свойствами, например Радиопрозрачные материалы и Радиопоглощающие материалы, материалы для тепловой защиты орбитальных космических аппаратов, с малым коэффициентом линейного термического расширения и высоким удельным модулем упругости и другие. Свойства К. м. на основе алюминия и магния (прочность, модуль упругости, усталостная и длительная прочность) более чем в 2 раза (до 500 °С) выше, чем у обычных сплавов. К. м. на никелевой и кобальтовой основах увеличивают уровень рабочих температур от 1000 до 1200 °С, а на основе тугоплавких металлов и соединений — до 1500—2000 °С. Повышение прочностных и упругих свойств материалов позволяет существенно облегчить конструкции, а увеличение рабочих температур этих материалов даёт возможность повысить мощность двигателей, машин и агрегатов.
         Области применения К. м. многочисленны; кроме авиационно-космической, ракетной и других специальных отраслей техники, они могут быть успешно применены в энергетическом турбостроении, в автомобильной промышленности — для деталей двигателей и кузовов автомашин; в машиностроении — для корпусов и деталей машин; в горнорудной промышленности — для бурового инструмента, буровых машин и др.; в металлургической промышленности — в качестве огнеупорных материалов для футеровки печей, кожухов и другой арматуры печей, наконечников термопар; в строительстве — для пролётов мостов, опор мостовых ферм, панелей для высотных сборных сооружений и др.; в химической промышленности — для автоклавов, цистерн, аппаратов сернокислотного производства, ёмкостей для хранения и перевозки нефтепродуктов и др.; в текстильной промышленности — для деталей прядильных машин, ткацких станков и др.; в сельскохозяйственном машиностроении — для режущих частей плугов, дисковых косилок, деталей тракторов и др.; в бытовой технике — для деталей стиральных машин, рам гоночных велосипедов, деталей радиоаппаратуры и др.
         Применение К. м. в ряде случаев потребует создания новых методов изготовления деталей и изменения принципов конструирования деталей и узлов конструкций.
         Лит.: Волокнистые композиционные материалы, пер. с англ., М., 1967: Современные композиционные материалы, под ред. П. Крока и Л. Броутмана, пер. с англ., М., 1970; Туманов А. Т., Портной К. И., «Докл. АН СССР», 1971, т. 197, № 1, с. 75; 1972, т. 205, №2, с. 336; их же, «Металловедение и термическая обработка металлов», 1972, № 4, с. 24.
         А. Т. Туманов, К. И. Портной.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

Смотреть что такое "Композиционные материалы" в других словарях:

  • КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — материалы, представляющие собой гетерогенные, термодинамически неравновесные системы, состоящие из двух или более компонентов, отличающихся по хим. составу, физ. механич. свойствам и разделённых в материале чётко выраженной границей. Каждый из… …   Физическая энциклопедия

  • КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — (композиты) материалы, образованные объемным сочетанием химически разнородных компонентов с четкой границей раздела между ними. Характеризуются свойствами, которыми не обладает ни один из компонентов, взятый в отдельности. Различают… …   Большой Энциклопедический словарь

  • КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — (от латинского compositio сложение, складывание), материалы, образованные объемным сочетанием химически разнородных компонентов с четкой границей раздела между ними (стеклопластики, биметаллы, сталежелезобетон и др.). Характеризуются свойствами,… …   Современная энциклопедия

  • Композиционные материалы — (от латинского compositio сложение, складывание), материалы, образованные объемным сочетанием химически разнородных компонентов с четкой границей раздела между ними (стеклопластики, биметаллы, сталежелезобетон и др.). Характеризуются свойствами,… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — см …   Большая политехническая энциклопедия

  • композиционные материалы — Гетерог. м. из двух или более химич. разнородных вещ в, к рые имеют четкие границы раздела, но при этом эффект. взаимодействуют с усилением св в. Поэтому св ва композиц. материалов нельзя определять только по св вам их составляющих.… …   Справочник технического переводчика

  • КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — (от латинского compositio сочетание) материалы, образованные объемным сочетанием химически разнородных компонентов с четкой границей раздела между ними. Характеризуются свойствами, которыми не обладает ни один из компонентов, взятый в отдельности …   Металлургический словарь

  • композиционные материалы — (композиты), конструкционные материалы, состоящие из двух или более разнородных компонентов, объединённых одной основой (связующим или матрицей). Матрица может быть полимерной (эпоксидные, фенолоформальдегидные, полиэфирные смолы), металлической… …   Энциклопедия техники

  • КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — (композиты) (от лат. compositio составление), многокомпонентные материалы, состоящие из полимерной, металлич., углеродной, керамич. или др. основы (матрицы), армированной наполнителями из волокон, нитевидных кристаллов, тонкодиспeрсных частиц и… …   Химическая энциклопедия

  • композиционные материалы — (композиты), материалы, образованные объёмным сочетанием химически разнородных компонентов с чёткой границей раздела между ними. Характеризуются свойствами, которыми не обладает ни один из компонентов, взятый в отдельности. Различают… …   Энциклопедический словарь

Книги

Другие книги по запросу «Композиционные материалы» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»