Композиционные материалы.

Изделие	Деталь или узел
F - 14	горизонтальные стабилизаторы
F - 15	хвостовые оперения, пол, стабилизатор
F - 11	Крепление крыльев
мираж 2000	Рули
шатл	физюляш (боралюминиевые трубы
F – 4	Рули
A - 7	консоль крыла
C – 130	кессон крыла
Боинг 707	предкрылок
F – 100	лопасти вентилятора, горизонт. и вертик. стабилизат. и предкрылок
F - 111	горинт. стабилизатор

В настоящие время прочности литых конструкций материалов повысилась до 400 – 650 мПа. Прогнозируется прочность 700 – 800 мПа и тем не менее развития аэродинамической техники сдерживается из-за отсутствия материалов, обладает комплексом повышенные физико – механические свойства.

Качественный скачек значительно повышается прочностные характеристики с одновременным уменьшением их склонность к хруп разрушению можно обеспечить путем создания композиционных материалов. Композиционные материалы представляют искусственное сочетание разнородных по свойствам материалов. Свойства композиционных материалов определяется свойствами составляющих, а так же взаимодействует на границе раздела компонентов.

Компонентами называется материалы обладающие следующими признаками:

1.состав форма и распределение компонентов материал запрограммированный заранее.

2.материал не встречающиеся в природе, а является созданием человека

3.материал состоит из двух или более компонентов различается по своему химическому составу и разделен в материале выраженной границей.

4.свойства материала определены каждым из его компонентов

5.материал обладающий такими служебными свойствами, которые не имеют его компоненты связанные в отдельности

6.материал не однороден в микромасштабе и однороден в макромасштабе.

В большинстве случаев для композиционных материалов были выбраны следующие классифицированные признаки:

1.геометрия компонентов

2.расположение компонентов (схема армирования)

3.природа компонентов

По геометрии комп. материал делят:

а) комп с нульмерными компонентами, имеющие все три размера одного и того же порядка и следовательно не имеющих не одного размера соизмеримым с характерным размером элементарного образца комп. материалов. Примерами таких компонентов могут служить нитевидные кристаллы, ультродисперсные порошки и мат.дисперсионные упрочнения.

Рис.

б) комп. материал с одномерными компонентами один из размеров который существенно превышает два других и соизмеримы с характерными размерами элементами образца КМ.

Примерами таких материалов являются волокнистые материалы,

армирования стекловолокно, борными и углеводородными

волокнами.

в) комп. материалы с двухмерными компонентами 2 размера, которые существенно превышают 3 и соизмеримы с характерным размером К М. Примером являются слоистые материалы полученные из чередующихся слоев различных металлов.

По расположению компонентов по схеме армирования делят:

а) с одноосным, линейным расположением армирующего элемента, составляющие этого элемента расположены параллельно друг другу. Такая схема может быть осуществлена с помощью 0 и 1 мерных компонентов.

б) К М с двухосным или плоскостным расположением армирующего компонента составляющие которого расположены в плоскостях параллельных друг другу.

в) К М с трехосным объемным расположением компонентов. Когда невозможно выделить одну или два преимущественных направления.

По природе компонентов (матрица - упрочнитель)

К М делятся:

а) Ме – Ме

б) Ме – полимер

в) Ме – керамика

г) полимер – керамика

д) полимер – металлоиз. интерметаллид

е) Ме – металлоид

ж) полимер – химическое соединение

з) Ме – химическое соединение

С точки зрения литья наиболее предпочтительны материалы с металлической матрицей.

По характеру упрочнителя К М с металлической основой можно разделить:

1.дисперсионно упрочненные.

2.упрочненные дисперсными частицами.

3.упрочнение прерывными и не прерывными волокнами.

Упрочнители К М (литейных – ЛКМ)

Все упрочнители ЛКМ можно разбить на:

1.волокнистые материалы: борные и углеродистые волокна, проволока на основе Fe, Mo, V.

Получают данные материалы путем пропитки пучка волокна, предварительно установить в литейную форму, матричным силовым. Наиболее перспективным из этой группы является В и С волокна. Придел прочности этих волокон составляет 3500-4000 мПа и модуль упругости 40000 мПа при плотности 2600 кг / м у В волокна и 1700 кг / м у С волокна.

2.нитевидные короткие кристаллы LiC; Li N ; Al O и ультродисперсные порошки названных веществ.

3.порошки металла: Ni, Mo, Fe, V,W, Ti

4.порошки окислов перечисленных выше металлов

При выборе составляющих К М основным условием является физико - химическая совместимость и взаимодействие компонентов К М.

В общем случае принципы совместимости и взаимодействия сводятся к следующему:

1.для выбранных материалов должны существовать способы создания между матрицей и упрочнителем.

2.при изготовлении и эксплуатации К М их компоненты не должны образовывать ни химические соединения, ни твердых растворов, которые могут снизить прочность формирующихся элементов.

3.различие между коэффициентами термического расширения компонентов не должно вызывать разрушения или растрескивания какой либо составляющей К М.

4.композиция д.б. совместима с рабочей средой.

Одним из основных вопросов является вопрос о состоянии поверхности раздела матрица – упрочнитель поскольку именно эта поверхность и определенные свойства композиционного материала. Процессы происходят на поверхности раздела не достаточно изучены в настоящие время, но можно выделить 6 типов связи:

1.механическая связь полное отсутствие химического взаимодействия.

2. связь путем смачивания и растворения.

3.реакционная связь – когда образуется новое химическое соединение.

4.обменнореакционая связь, когда протекает несколько химических реакций.

5.окисная связь - посредствам окисных пленок, составляющих К М

6.смешанная связь

Поверхность раздела – область значительного изменения химического состава композита, обеспечивающая связь матрицы и упрочнителя необходимую для передачи нагрузки между составляющими.

Дата добавления: 2015-08-17