Конструкционные композиционные материалы

Композиционными называют сложные материалы, в состав которых входят компоненты, сильно отличающиеся по свойствам, обычно не растворимые друг в друге. Эти компоненты разделены в материале ярко выраженной границей.

Свойства композиционных материалов в основном зависят от физико-механических свойств компонентов и от прочности связи между ними.

Основа композиционного материала (матрица) — металл, или сплав (композиционный материал с металлической матрицей), или полимер (композиционный материал с неметаллической матрицей).

Матрица связывает композицию, придает ей форму. От свойств матрицы зависят технологические режимы получения композиционного материала и такие характеристики, как: рабочая температура, сопротивление усталостному разрушению, сопротивление воздействию среды, плотность, удельная прочность.

В матрице равномерно распределены остальные компоненты (наполнители или армирующие элементы). Армирующие элементы могут изменить прочностные или иные характеристики композиционного материала. Свойства композиционного материала зависят также от схемы армирования: форма, размеры и характер распределения наполнителя.

Возможны композиционные материалы (рис. 1.10) с несколькими матрицами (полиматричные) или с несколькими разновидностями армирования (полиармированные).

Схема полиматричного (а) и полиармированного (6) композиционного материала

Рис. 1.10. Схема полиматричного (а) и полиармированного (6) композиционного материала:

1,2 — матрица; 3,4 — волокна наполнителя

Свойства КМ зависят также от формы, размеров и характера распределения наполнителя. По форме наполнители можно разделить на три основные группы: нуль-мерные, или дисперсные (рис. 1.11, а), одномерные, или волокнистые (рис. 1.11, б), многомерные, или слоистые (рис. 1.11, в).

По схеме армирования различают КМ с: одноосным (линейным), двухосным (плоскостным) и трехосным (объемным) армированием.

Для одноосного армирования применяют дисперсные или волокнистые наполнители. Дисперсные наполнители располагаю таким образом, чтобы расстояние между ними по одной оси было значительно меньше, чем по другим осям (содержание наполнителя по объему равно 1—5% от объема матрицы). Волокнистые наполнители располагают параллельно один другому.

Схема дисперсного (а), волокнистого (б) и многомерного (в) композиционного материала

Рис. 1.11. Схема дисперсного (а), волокнистого (б) и многомерного (в) композиционного материала:

1, 2, 3 — наполнитель; 4 — матрица

При двухосном армировании также применяют дисперсные или волокнистые наполнители. Дисперсные или волокнистые наполнители размещают в параллельных плоскостях. При этом расстояние между ними в пределах одной плоскости значительно меньше, чем расстояние между плоскостями. Волокнистые наполнители в пределах одной плоскости располагаются параллельно друг другу, а в пределах разных плоскостей — под разными углами.

При объемном армировании используют все виды наполнителей. Это армирование подразумевает отсутствие преимущественного направления в расположении наполнителя. При использовании дисперсных наполнителей расстояние между частицами наполнителя примерно одного порядка. При использовании волокнистых наполнителей волокна располагают в трех и более пересекающихся плоскостях.

 
Посмотреть оригинал