Волокнистые композиционные материалы

Структура и свойства

В волокнистых композиционных материалах (ВКМ) в качестве матрицы используют металлы и сплавы на их основе (алюминий, магний, титан, никель) — ВКМ на металлической основе (МВКМ); полимерные, углеродистые или керамические материалы — ВКМ на неметаллической основе (НВКМ).

Наполнителями служат стальная проволока из коррозионно-стойких сталей; проволока из тугоплавких металлов — Mo, W, Та, Be; волокна углерода, бора, нитевидные монокристаллы сапфира А1203, карбида кремния.

Композиционные материалы с неметаллической матрицей

В качестве матрицы НВКМ часто применяют полимерные (эпоксидная, фенолоформальдегидная, полиамидная и др.), углеродные и керамические материалы. Упрочнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксиды, бориды, карбиды, нитриды), металлическая проволока.

Свойства НВКМ зависят от состава композиции, сочетания компонентов, прочности связей между ними. Свойства матрицы определяют, в основном, прочность композита на сдвиг и сжатие, сопротивление усталостному износу. Свойства упрочнителя определяют прочность и жесткость материала.

В слоистых материалах волокна, нити, ленты, пропитанные связующим, укладывают параллельно друг другу. Полученные слои собирают в пластины. При параллельной укладке свойства композита получаются анизотропными. При укладке волокон под углом друг к другу можно получить материалы с изотропными свойствами. Рассмотрим некоторые наиболее часто применяемые НВКМ.

Карбоволокниты (углепласты) представляют собой композиции, состоящие из полимерной матрицы и упрочнителя в виде углеродных волокон (карбоволокон). В качестве матрицы применяют: полимеры (полимерные карбоволокниты), синтетические полимеры, подвергнутые пиролизу (коксованные карбоволокниты), пиролитический углерод (пироуглеродные карбоволокниты). Для удешевления производства в композит добавляют стекловолокно (карбостекловолокниты).

Карбоволокниты отличаются высоким статическим и динамическим сопротивлением усталости, могут работать в широком диапазоне положительных и отрицательных температур. Материал используют в кузовостроении, при изготовлении панелей, подшипников и т.п.

В бороволокнитах в качестве упрочнителя применяют борные волокна. Материал отличается высокой прочностью при сжатии, сдвиге, срезе, низкой ползучестью, высокой твердостью. Изделия из борово- локнитов применяются в авиастроении.

Органоволокниты представляют собой композицию из синтетической матрицы и синтетических волокон. Механические параметры компонентов близки, поэтому происходит взаимная диффузия компонентов и возможны химические реакции между ними. Следовательно материалы имеют стабильные во времени механические свойства, хорошо работают при повышенной влажности и высоких климатических температурах. Композиты применяют в качестве корпусного материала машин, работающих в тропическом и субтропическом климате.

Композиционные материалы с металлической матрицей

Для алюминиевых и магниевых МВКМ применяют волокна: борные (ов =2500...3500 МПа; Е — 38...420 ГПа); углеродные (ов =1400... 3500 МПа;?'=160...450ГПа);изкарбидовкремния(ов=2500...3500МПа; Е = 450 ГПа); карбидов, нитридов и оксидов тугоплавких металлов; высокопрочную сталь. Для армирования титана и его сплавов применяют молибденовую проволоку, волокна сапфира, карбида кремния, борида титана. Для жаропрочных никелевых МВКМ применяют волокна из вольфрамовой или молибденовой проволоки.

Контрольные вопросы

  • 1. От каких факторов зависят свойства композиционных материалов?
  • 2. Что такое матрица композиционного материала?
  • 3. Как располагается наполнитель в волокнистых КМ?
  • 4. Что такое слоистые КМ?
  • 5. Что такое порошковые материалы?
  • 6. В чем разница между пористыми и компактными ПМ?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >