- •Оглавление
- •1. Магний и его сплавы
- •1.1. Свойства магния и его взаимодействие с легирующими элементами
- •1.2. Термическая обработка магниевых сплавов
- •1.3. Термомеханическая обработка магниевых сплавов
- •1.4. Классификация магниевых сплавов
- •1.5. Деформируемые магниевые сплавы
- •1.6. Литейные магниевые сплавы
- •1.7. Применение магниевых сплавов
- •2. Бериллий и его сплавы
- •2.1. Свойства бериллия
- •2.2. Получение полуфабрикатов
- •2.3. Сплавы бериллия
- •2.4. Применение бериллия и его сплавов
- •3. Алюминий и его сплавы
- •3.1. Классификация алюминиевых сплавов
- •3.2. Деформируемые алюминиевые сплавы
- •3.2.1. Нетермоупрочняемые сплавы
- •3.2.2. Термоупрочняемые сплавы
- •3.3. Литейные алюминиевые сплавы
- •3.4. Сплавы, получаемые методом порошковой металлургии
- •3.5. Новые сверхлегкие сплавы
- •4. Титановые сплавы
- •4.1. Классификация титановых сплавов
- •4.2. Титановые α- и псевдо-α сплавы
- •5. Никель и его сплавы
- •5.1. Классификация и маркировка никелевых сплавов
- •5.2. Жаростойкие никелевые сплавы
- •5.3. Жаропрочные сплавы для лопаток газовых турбин
- •5.4. Порошковые жаропрочные никелевые сплавы
- •6. Сплавы на основе интерметаллидов
- •6.1. Общая характеристика интерметаллидов
- •6.2. Сплавы на основе алюминидов титана
- •6.3. Сплавы на основе алюминидов никеля
- •6.4. Сплавы с эффектом памяти формы
- •6.5. Применение сплавов с эффектом памяти формы
- •7. Композиционные материалы
- •7.1. Общие представления о композитах и их классификация.
- •7.2. Волокнистые армирующие элементы
- •7.2.1. Непрерывные волокна
- •7.2.2. Коротковолокнистая арматура
- •7.3. Металлические композиционные материалы
- •7.4. Композиционные материалы на неметаллической основе
- •8. Неметаллические материалы (пластические массы и резины)
- •8.1. Общие сведения о пластмассах
- •8.2. Характеристика смол
- •8.3. Термопластичные литьевые пластмассы – термопласты
- •8.4. Химостойкие и уплотнительные пластмассы
- •8.5. Пластмассы для остекления летательных аппаратов
- •8.6. Газонаполненные пластмассы
- •8.7. Старение полимерных материалов в процессе эксплуатации
- •8.8. Резины и их свойства
- •8.9. Получение и свойства каучуков
- •8.10. Получение и применение резины
- •8.11. Старение резины
- •9. Техническая керамика
- •9.1. Физикохимия исходных компонентов
- •9.1.1. Оксидные системы
- •9.1.2. Бескислородные тугоплавкие соединения и сиалоны
- •9.2. Перспективные технологии получения керамики
- •9.2.1. Процессы с участием реакций в газовой и жидкой фазах
- •9.3. Конструирование границ зерен
- •9.4. Обработка давлением в режиме сверхпластичности
- •10. Наноструктурные материалы
- •10.1.Технология получения и свойства нанопорошков
- •10.2. Объемные наноструктурные материалы
- •10.3. Особенности модели наноструктур
- •10.4. Необычные свойства наноструктурных материалов и области их применения
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12
6.5. Применение сплавов с эффектом памяти формы
С помощью таких сплавов эффективно решается традиционная проблема экономии места в космической технике (свернутые и уложенные компактно антенны, механизм стабилизации, солнечные батареи, развертывающиеся под воздействием солнечного тепла).
Рис. 6.7. Саморазворачивающийся элемент каркаса солнечной батареи, состоящий из привода (1) и профилей (2), изготовленного из материала с памятью формы
Способность сплавов ТН совершать работу при нагреве открывает возможность создания двигателей прямого преобразования тепла в механическую работу. В космической и авиационной технике в трубопроводах применяются соединительные втулки из сплавов ТН. Они позволили заменить пайку и сварку..
Интересно применение сплавов ТН в медицине в качестве расширителя и стабилизатора формы сосудов: вводимая прямая тонкая проволока, которая под воздействием тепла тела вспоминает форму спирали и расширяет сосуд, делая его вновь работоспособным.
На рис. 6.7 показано использование материала с памятью формы в саморазворачивающейся солнечной батарее, а на рис. 6.8 приведена схема космического аппарата с саморазворачивающимися элементами.
Рис. 6.8. Схема аппарата с самосбрасывающими элементами: 1 – антенна; 2 – механизм стабилизации; 3 – излучатель энергии; 4 – солнечная батарея
Эти же сплавы применяются для изготовления соединительных муфт и уплотнителей трубопроводов. Деформацию детали для увеличения внутреннего диаметра муфты проводят в жидком азоте. После установления муфты на стык труб она нагревается до комнатной температуры и, восстанавливая свою первоначальную форму, обеспечивает плотное и прочное соединение труб.
Даже эти некоторые примеры применения сплавов с ЭПФ свидетельствуют о перспективности их использования в технике.
Резюме. Широкое использование весьма перспективных интерметаллидных соединений сдерживается главной причиной – их хрупкостью. Дальнейшие исследования направлены для повышений конструкционной и технологической пластичности интерметаллидов.
7. Композиционные материалы
Ключевые слова: композиты, матрица, армирование, дисперсно-упрочненные, волокнистые, углеродные композиты, металлические, неметаллические и органические волокна, усы.
7.1. Общие представления о композитах и их классификация.
Композиционные материалы представляют собой гетерофазные системы, полученные из двух или более компонентов с сохранением индивидуальности каждого отдельного компонента.
Для композиционных конструкционных материалов характерны следующие признаки:
– исходная определенность состава и формы компонентов;
– исходная определенность количества компонентов, обеспечивающих заданные свойства материала;
– однородность в макромасштабе и неоднородность в микромасштабе;
– наличие четкой границы раздела между компонентами.
В большинстве случаев компоненты композиции различаются по геометрическому признаку. Компонент, обладающий непрерывностью по всему объему, называется матрицей, компонент, разделенный в объеме композиции, называется армирующим компонентом. Матрицей могут служить металлы и их сплавы, органические и неорганические полимеры, керамика и другие вещества. Армирующими компонентами являются волокнистые материалы различной природы или тонкодисперсные порошкообразные частицы.
В зависимости от вида армирующего компонента композиты подразделяются на две основные группы: дисперсно-упрочненные и волокнистые.
Дисперсно-упрочненные композиты представляют собой материал, в матрице которого равномерно распределены мелкодисперсные частицы второго вещества. В таких материалах при нагружении всю нагрузку воспринимает матрица, а армирующие частицы второй фазы создают условия для эффективного сопротивления пластической деформации.
У волокнистых композитов матрица армируется высокопрочными волокнами, проволокой или нитевидными кристаллами. Идея создания волокнисто-армированных структур состоит в том, чтобы при его деформации обеспечивалось нагружение волокон и использовалась бы их высокая прочность.
К материалу матрицы волокнистых композитов предъявляются следующие требования: хорошая смачиваемость волокна, возможность предварительного изготовления полуфабрикатов с последующим изготовлением из них изделий; качественное соединение слоев композита в процессе формования; невысокие параметры формообразования (например, температуры, давления).
Свойства границы раздела определяют уровень свойств композитов и их сохранение при эксплуатации. Локальные напряжения в композите достигают максимальных значений как раз вблизи или непосредственно на границе раздела, где обычно и начинается разрушение материала. Граница раздела должна иметь определенные свойства, чтобы обеспечить эффективную передачу механической нагрузки от матрицы на волокно. Адгезионная связь по границе раздела не должна разрушаться под действием термических и усадочных напряжений, возникающих вследствие различия в температурных коэффициентах линейного расширения матрицы и волокна или в результате химической усадки связующего при его отверждении.
Рассмотрим классификацию и основные особенности композитов. Простейший случай волокнистой структуры, характеризующей особенности данного класса материалов, представляет собой набор однородных волокон, заключенных в пластичной матрице. Свойства такого композита, образованного однонаправленно ориентированными волокнами, анизотропны.
Максимальные прочность и жесткость однонаправленного композита реализуются в направлении укладки волокон и могут быть в общем случае рассчитаны по известным свойствам его компонентов и их количественному соотношению.
Важнейшее достоинство композитов – возможность создавать из них элементы конструкций с заранее заданными свойствами, наиболее полно отвечающими характеру и условиям работы. Многообразие волокон и матричных материалов, а также схем армирования, используемых при создании композитов, позволяет направленно регулировать прочность, жесткость, уровень рабочих температур и другие свойства путем подбора состава, изменения соотношения компонентов и макроструктуры композита.
Можно выделить несколько больших групп композиционных материалов. К таким группам следует отнести композиты с полимерной матрицей (пластики), композиты с металлической матрицей (металлокомпозиты), композиты с керамической матрицей и композиты с углеродной матрицей.
На рис. 7.1 представлена классификация композитов по конструктивному признаку.
Рис. 7.1. Классификация композитов по конструктивному признаку: а – хаотически армированные: 1 – короткие волокна; 2 – непрерывные волокна; б – одномерноармированные: 1 – однонаправленные непрерывные; 2 – однонаправленные короткие; в – двумерноармированные: 1 – непрерывные нити; 2 – ткани; г – пространственно армированные: 1 – три семейства нитей; 2 – n семейств нитей.
Свойства композитов зависят не только от свойств волокон и матрицы, но и от способов армирования. Различают композиты: образованные из слоев, армированных параллельными непрерывными волокнами; армированные тканями (текстолиты); с хаотическим и пространственным армированием.
В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств композита. Появление ряда новых свойств в композитах связано с гетерогенной структурой, обусловливающей наличие большой поверхности раздела между волокнами и матрицей, а также возможным взаимодействием матрицы и армирующего компонента.
