Композиционные материалы на основе керамики

Армирование керамических материалов волокнами, а также металлическими и керамическими дисперсными частицами позволяет получать высокопрочные композиты, однако, ассортимент волокон, пригодных для армирования керамики, ограничен свойствами исходного материала. Часто используют металлические волокна. Сопротивление растяжению растет незначительно, но зато повышается сопротивление тепловым ударам - материал меньше растрескивается при нагревании, но возможны случаи, когда прочность материала падает. Это зависит от соотношения коэффициентов термического расширения матрицы и наполнителя.

Армирование керамики дисперсными металлическими частицами приводит к новым материалам (керметам) с повышенной стойкостью, устойчивостью относительно тепловых ударов, с повышенной теплопроводностью. Из высокотемпературных керметов делают детали для газовых турбин, арматуру электропечей, детали для ракетной и реактивной техники. Твердые износостойкие керметы используют для изготовления режущих инструментов и деталей. Кроме того, керметы применяют в специальных областях техники - это тепловыделяющие элементы атомных реакторов на основе оксида урана, фрикционные материалы для тормозных устройств и т.д.

Керамические композиционные материалы получают методами горячего прессования (таблетирование с последующим спеканием под давлением) или методом шликерного литья (волокна заливаются суспензией матричного материала, которая после сушки также подвергается спеканию).

Найбільше застосування в будівництві та техніці отримали композиційні матеріали, армовані високоміцними і високомодульних безперервними волокнами. До них відносять: полімерні композиційні матеріали на основі термореактивних (епоксидних, поліефірних, феноло-формальдегідних, поліамідних тощо) і термопластичних сполучних, армованих скляними (склопластики), вуглецевими (вуглепластики), органічними (органопластікі), борними (боропластікі) та ін . волокнами; металеві композиційні матеріали на основі сплавів Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Сr, армованих борними, вуглецевими або карбідкремнійового волокнами, а також сталевий, молібденової або вольфрамової дротом; композиційні матеріали на основі вуглецю, армованого вуглецевими волокнами (вуглець- вуглецеві матеріали); композиційні матеріали на основі кераміки, армованої вуглецевими, карбідокремніевимі та ін жаростійкими волокнами і SiC. При використанні вуглецевих, скляних, амідних і борних волокон, що містяться в матеріалі в кол-ве 50-70%, створені композиції з питомою міцністю і модулем пружності в 2-5 разів більшими, ніж у звичайних конструкційних матеріалів і сплавів. Крім того, волокнисті композиційні матеріали перевершують метали і сплави по втомної міцності, термостійкості, вібростійкості, шумопоглинанню, ударної в'язкості та ін властивостями. Так, армування сплавів А l волокнами бору значно покращує їх механічні характеристики і дозволяє підвищити температуру експлуатації сплаву з 250-300 до 450-500 ° С. Армування дротом (з W і Мо) і волокнами тугоплавких сполук використовують при створенні жароміцних композиційних матеріалів на основі Ni, Cr, Co, Ti і їх сплавів. Так, жароміцні сплави Ni, армовані волокнами, можуть працювати при 1300-1350 ° С. При виготовленні металевих волокнистих композиційних матеріалів нанесення металевої матриці на наповнювач здійснюють в основному з розплаву матеріалу матриці, електрохімічним осадженням або напиленням. Формування виробів проводять гол. обр. методом просочування каркаса з армуючих волокон розплавом металу під тиском до 10 МПа або з'єднанням фольги (матричного матеріалу) з армуючими волокнами із застосуванням прокатки, пресування, екструзії при нагріванні до температури плавлення матеріалу матриці.

Один із загальних технологічних методів виготовлення полімерних та металевих волокнистих і шаруватих композиційних матеріалів - вирощування кристалів наповнювача в матриці безпосередньо в процесі виготовлення деталей. Такий метод застосовують, напр., При створенні евтектичних жароміцних сплавів на основі Ni і Со. Легування розплавів карбідним і интерметаллическими сполуками, що утворюють при охолодженні в контрольованих умовах волокнисті або пластинчасті кристали, призводить до зміцнення сплавів і дозволяє підвищити температуру їх експлуатації на 60-80 ^o С. Композиційні матеріали на основі вуглецю поєднують низьку щільність з високою теплопровідністю, хім. стійкістю, постійністю розмірів при різких перепадах температур, а також зі зростанням міцності та модуля пружності при нагріванні до 2000 ° С в інертному середовищі. Високоміцні композиційні матеріали на основі кераміки отримують при армуванні волокнистими наповнювачами, а також металевими і керамічними дисперсними частинками. Армування безперервними волокнами SiC дозволяє отримувати композиційні матеріали, що характеризуються підвищеною в'язкістю, міцністю на вигин і високою стійкістю до окислення при високих температурах. Однак армування кераміки волокнами не завжди призводить до значного підвищення її міцнісних властивостей через відсутність еластичного стану матеріалу при високому значенні його модуля пружності. Армування дисперсними металевими частинками дозволяє створити кераміко-металічні матеріали (кермети), що володіють підвищеною міцністю, теплопровідністю, стійкістю до теплових ударів. При виготовленні керамічних композиційних матеріалів звичайно застосовують гаряче пресування, пресування з наступним спіканням, шлікерної лиття. Армування матеріалів дисперсними металевими частинками призводить до різкого підвищення міцності внаслідок створення бар'єрів на шляху руху дислокацій. Таке армування гол. обр. застосовують при створенні жароміцних хромонікелевих сплавів. Матеріали одержують введенням тонкодисперсних частинок в розплавлений метал з подальшою переробкою звичайної злитків у вироби. Введення, напр., Т hO ₂ або ZrO ₂ в сплав дозволяє отримувати дісперсноупрочненние жароміцні сплави, які тривалий час працюють під навантаженням при 1100-1200 ° С (межа працездатності звичайних жароміцних сплавів в тих же умовах 1000-1050 ° С). Перспективний напрямок створення високоміцних композиційних матеріалів - армування матеріалів ниткоподібними кристалами ("вусами"), які внаслідок малого діаметра практично позбавлені дефектів, наявних у більш великих кристалах, і володіють високою міцністю. Найбільш практичний інтерес представляють кристали А l ₂ О _3, BeO, SiC, B ₄ C, Si ₃ N _4, AlN і графіту діаметром 1-30 мкм і довжиною 0,3-15 мм. Використовують такі наповнювачі у вигляді орієнтованої пряжі або ізотропних шаруватих матеріалів на зразок паперу, картону, повсті. Введення в композицію ниткоподібних кристалів може надавати їй незвичайні поєднання електричних і магнітних властивостей. Вибір і призначення композиційних матеріалів багато в чому визначаються умовами навантаження і температурою експлуатації деталей або конструкцій, технол. можливостями.Найбільш доступні й освоєні полімерні композиційні матеріали. Велика номенклатура матриць у вигляді термореактивних і термопластичних полімерів забезпечує широкий вибір композиційні матеріали для роботи в діапазоні від негативних температур до 100-200 ° С - для органопластіков, до 300-400 ° С - для скло-, вугле - і боропластіков. Полімерні композиційні матеріали з поліефірної і епоксидної матрицею працюють до 120-200 °, з феноло-формальдегіду - до 200-300 ° С, поліімідной і кремнийорганической - до 250-400 ° С. Металеві композиційні матеріали на основі А l, Mg та їх сплавів, армовані волокнами з В, С, SiC, застосовують до 400-500 ° С; композиційні матеріали на основі сплавів Ni і Со працюють при температурі до 1100-1200 ° С, на основі тугоплавких металів і з'єднань - до 1500-1700 ° С, на основі вуглецю і кераміки - до 1700-2000 ° С. Використання композитів як конструкційні теплозахисних, антифрикційних, радіо - та електротехнічних та інших матеріалів дозволяє знизити масу конструкції, підвищити ресурси та потужності машин і агрегатів, створити принципово нові вузли, деталі та конструкції. Всі види композиційні матеріали застосовують в хімічній, текстильній, гірничорудної, металургійної промисловості, машинобудуванні, на транспорті, для виготовлення спортивного спорядження і ін.

Застосування композиційних матеріалів забезпечує новий якісний стрибок у збільшенні потужності двигунів, енергетичних і транспортнихустановок, зменшенні маси машин і приладів. Композиційні матеріали з неметалевої матрицею, а саме полімерні карбоволокнитов використовують в судно-і автомобілебудуванні (кузова гоночних машин, шасі, гребні гвинти), з них виготовляють підшипники, панелі опалення, спортивний інвентар, частини ЕОМ. Високомодульного карбоволокнитов застосовують для виготовлення деталей авіаційної техніки, апаратури для хімічної промисловості, в рентгенівському устаткуванні і другом. Карбоволокнитов з вуглецевої матрицею замінюють різні типи графітів. Вони застосовуються для теплового захисту, дисків авіаційних гальм, хімічно стійкої апаратури. Вироби з бороволокнитов застосовують в авіаційній і космічній техніці (профілі, панелі, ротори і лопатки компресорів, лопаті гвинтів, трансмісійні вали вертольотів і т. д.). Органоволокніти застосовують в якості ізоляційного і конструкційного матеріалу в электрорадиопромышленности, авіаційній техніці і т. д.

Фане́ра (дикт^[1]) — композитний матеріал у вигляді шаруватої клеєної деревини, що складається із склеєних між собою трьох і більше листів лущеного шпону із взаємно перпендикулярним розташуванням волокон деревини в суміжних шарах^[2] ласифікація фанери загального призначення[ред. • ред. код]

Фанеру загального призначення поділяють:

• залежно від зовнішнього вигляду шпону — на сорти,

• за ступенем водостійкості клейового з'єднання – на марки: ФСФ — фанера підвищеної водостійкості; ФК — фанера водостійка.

• за ступенем механічної обробки поверхні — нешліфовану (НШ), шліфовану з одного боку — (Ш1), шліфовану з двох боків — (Ш2).

• за екологічною безпекою (за вмістом формальдегіду) – на класи емісії.

Залежно від зовнішніх шарів лущеного шпону (Е – еліта, I, II, III, IV – для листяних порід; Ех, Iх, IIх, IIIх, IVх – для хвойних порід) фанеру поділяють на сорти.