- •Проектирование и прогнозирование
- •1 Общие сведения
- •2 Компоненты композиционных материалов
- •2.1 Матричные (связующие) компоненты композиционных
- •2.1.1 Требования к матрицам
- •2.1.2 Термореактивные матрицы
- •2.1.3 Термопластичные матрицы
- •2.1.4 Металлические матрицы
- •2.1.5 Керамические матрицы
- •2.2 Армирующие материалы
- •2.2.1 Армирующие каркасы композитов
- •2.2.2 Структура и свойства нити
- •2.2.3 Структура и текстурные свойства текстильных
- •2.2.4 Тканые материалы
- •2.2.5 Трикотажные структуры
- •2.2.6 Плетеные структуры
- •2.2.7 Нетканые текстильные материалы
- •2.2.8 Стеклянные волокна и армирующие материалы
- •2.2.9 Углеродные волокна и армирующие материалы на их основе
- •2.2.10 Органоволокна (арамидные волокна)
- •Механические и теплофизические свойства нитей из органоволокон при различных температурах
- •2.2.11 Борные армирующие волокна
- •2.2.12 Карбид - кремниевые волокна
- •3 Основы микромеханики двухкомпонентных
- •3.1 Определение упругих характеристик
- •3.1.1 Основные предпосылки
- •3.1.2 Определение продольного модуля упругости
- •Подставляя (3.2), (3.3) в (3.1), получим
- •3.1.3 Вычисление продольно-поперечного
- •3.1.4 Определение поперечного модуля упругости и модуля
- •3.2 Прочность однонаправленного слоя
- •3.2.1 Механические свойства однонаправленного слоя.
- •3.2.2 Особенности разрушения композиционных материалов, армированных непрерывными волокнами
- •3.2.3 Характеристики прочности и виды разрушения
- •3.2.4 Прочность слоя при продольном растяжении и сжатии
- •3.2.5 Прочность слоя при поперечном растяжении, сжатии
- •3.2.6 Определение внутренних напряжений в компонентах
- •3.2.7 Прочность однонаправленного слоя при плоском напряженном состоянии [26, 28, 33]
- •4 Микромеханика гибридных композитов
- •4.1 Упругие характеристики гибридного композита
- •4.2 Прогнозирование упругих свойств гибридных
- •4.3 Прогнозирование прочности однонаправленного
- •Механические характеристики эпоксидной матрицы
- •Решение
- •Решение
- •Механические характеристики компонент гибридного материала Углеродное волокно
- •Матрица
- •Решение
- •Первушин Юрий Сергеевич
2.1.4 Металлические матрицы
К ним относятся легкие металлы и сплавы. Наибольшее использование в качестве матриц получили алюминий, магний и их сплавы, что объясняется благоприятным сочетанием физико-механических и технологических свойств при создании термостойких композиционных материалов [2, 3, 12, 17, 30].
Наибольшее применение металлические матрицы получили в изделиях из КМ в авиационной технике.
Композиционные материалы углеалюминий, углеалюминий-магний в настоящее время находят применение в производстве поршней для двигателей внутреннего сгорания.
Таблица 2.1
Физико-механические свойства термореактивных матриц
|
|
Матрица | |||
|
Характеристика |
эпоксидная |
полиэфирная |
фенолформаль-дегидная |
полиимидная |
|
Плотность, 103, кг /м3 |
1,1 ... 1,4 |
1,1 ... 1,5 |
1,2 ... 1,36 |
1,20 ... 1,45 |
|
Модуль упругости при растяжении, ГПа |
1,9 ... 5,0 |
1,5 ... 4,5 |
1,4 ... 6,8 |
3,2 ... 5,5 |
|
Модуль сдвига G, ГПа |
0,8 ... 1,5 |
1,0 ... 1,9 |
1,0 ... 1,4 |
- |
|
Коэффициент Пуассона, |
0,34 ... 0,4 |
0,35 ... 0,42 |
0,35 |
- |
|
Предел прочности, МПа: |
|
|
|
|
|
- при растяжении |
27,4 ... 140 |
23 ... 70 |
23 ... 78 |
90 ... 95 |
|
- при сжатии |
85 ... 274 |
50 ... 250 |
68,5 ... 205 |
250 ... 280 |
|
- при сдвиге |
42 ... 53 |
38 ... 48 |
- |
- |
|
Предельное удлинение, % |
1,2 ... 9 |
1,0 ... 6,0 |
0,4 ... 3,0 |
1,0 ... 4,0 |
|
Объемная усадка, % |
0,5 ... 3,6 |
4 ... 15 |
0,5 ... 7,0 |
0,5 ... 2,0 |
|
Теплостойкость по Мартенсу, С |
140 ... 150 |
50 ... 60 |
140 ... 180 |
250 ... 370 |
|
Коэффициент линейного расширения, 10-5, 1/ С |
4,8 ... 8,0 |
6,0 ... 9,0 |
6,0 ... 8,0 |
5,0 ... 5,8 |
|
Водопоглощение за 24 ч, % |
0,03 ... 0,3 |
0,15 ... 0,6 |
0,15 ... 0,6 |
0,01 - 0,6 |
2.1.5 Керамические матрицы
Керамические матрицы используются для создания КМ, работающих в условиях высоких температур ( Т>1000С, лопатки газовых турбин, камеры сгорания и др.).
В поле зрения практического использования наибольший интерес представляют нитрид кремния Si3 N4, кремний Si, нитрид бора BN, карбид кремния SiC. Эти керамические материалы обладают наилучшей комбинацией высокотемпературной прочности и стойкостью к горячей коррозии. Однако из-за хрупкого характера разрушения и неспособности к рассеянию концентрированных напряжений при низких и средних температурах керамические матрицы чувствительны к тепловому удару и надрезу.