- •Издательское предприятие редакции журнала «Радиотехника» Москва 2001
- •Глава 1. Классификация и критерии конструирования композиционных материалов
- •Глава 2. Периодическая таблица Менделеева. Электронное строение элементов, типы связей и свойства веществ
- •2.2. Электронная структура и типы связей элементов и соединений
- •Глава 3. Фазовые переходы и их влияние на структуру и свойства материалов
- •3.1. Основные виды фазовых диаграмм двухкомпонентных систем
- •3.2. Фазовые превращения металлических структур
- •3.2.1. Полиморфные превращения
- •3.2.2. Условия образования и виды твердых растворов
- •3.3. Влияние на фазовые переходы внешних полей и размеров компонентов композита
- •Глава 4. Физико-химические свойства основных компонентов композитов
- •4.1. Металлы
- •4.2. Полупроводники
- •4.3. Полимеры
- •4.4. Жидкие кристаллы
- •4.5. Стекла
- •4.6. Керамики
- •4.7. Основные группы композиционных материалов
- •Глава 5. Термодинамика композиционных систем с границами раздела
- •5.1. Предмет термодинамики. Основные законы классической термодинамики и термодинамические функции состояния системы.
- •5.2. Термодинамика систем с поверхностями раздела
- •5.2.1. Обобщенное уравнение термодинамики для систем с поверхностями раздела
- •5.2.2. Термодинамические функции для систем с межфазными границами раздела
- •5.2.3. Условие равновесия на фазовой границе с ненулевой кривизной. Формула Лапласа
- •5.2.4. Поверхностное натяжение и специальные границы
- •5.3. Пути развития термодинамики: от равновесной к неравновесной нелинейной
- •Продифференцируем выражение (5.20) по времени
- •Глава 6. Межфазное взаимодействие, совместимость компонентов, стабильность границы и прочность композита
- •6.1. Совместимость компонентов композита
- •6.1.1. Химическая совместимость компонентов
- •6.1.2. Основные термодинамические представления о совместимости материалов
- •6.1.3. Влияние легирующих добавок на стабильность волокнистого композита
- •Для разбавленных растворов
- •6.2. Классификация композитов на основе межфазного взаимодействия
- •6.3. Типы связей и стабильность границы раздела композита
- •6.3.1. Типы связей на границе раздела между компонентами композита
- •6.3.2. Термическая и механическая стабильность поверхности раздела композита
- •6.3.3. Прочность границы и характер разрушения композита
- •Глава 7. Физические свойства композитов. Упругие и прочностные свойства
- •7.1. Общее определение физических свойств композита. Х-y-эффект
- •7.2. Упругие свойства композиционных материалов
- •7.2.1. Упругие свойства композита, армированного непрерывными волокнами
- •Подставив это соотношение в равенство (7.9), получим
- •Если для простоты принять, что сечения волокон прямоугольны, то
- •7.2.2. Упругие свойства порошковых композитов
- •7.3. Прочность композиционных материалов
- •7.3.1. Прочность композита, армированного непрерывными волокнами
- •7.3.2. Прочность при растяжении композита, армированного дискретными волокнами.
- •7.3.3. Вязкость разрушения композита
- •Глава 8. Адгезия и смачивание в композитах
- •8.1. Основные определения
- •8.2. Формирование межфазного контакта. Уравнения Дюпре и Юнга
- •8.3. Адгезия композиционных материалов
- •8.3.1. Взаимодействие контактирующих поверхностей при адгезии и прочность соединений
- •8.3.2. Адгезионная прочность на поверхности раздела и механические свойства композитов
- •8.4. Смачивание композиционных материалов
- •8.4.1. Смачивание и его роль в технологии и природе
- •8.4.2. Основные условия смачивания в равновесных и неравновесных системах
- •8.4.3. Смачивание различных типов материалов
- •Жидкий металл - тугоплавкий окисел
- •Жидкий металл - графит, алмаз
- •8.5. Процессы адгезии, смачивания и актуальные научные задачи получения стабильных композитов
- •Глава 9. Краткая характеристика и общие методы получения и обработки композитов на основе металлической матрицы
- •9.1. Примеры композитов на основе металлической матрицы
- •9.2. Общая характеристика методов получения композитов с металлической матрицей
- •9.2.1. Классификация методов получения и обработки композитов с металлической матрицей
- •9.2.2. Жидкофазные методы
- •9.2.3. Методы осаждения – напыления
- •9.3. Технологические процессы получения и обработки металлических
- •9.3.1. Обработка давлением
- •9.3.2. Процессы порошковой металлургии
- •9. 4. Методы получения дисперсно-упрочненных композитов
- •9.5. Методы получения псевдосплавов
- •9.6. Методы получения эвтектических композиционных материалов
- •9.7. Низкотемпературные методы изготовления композитов с металлической матрицей
- •Глава 10. Основные виды композитов на основе металлической матрицы.
- •10.1. Металлические волокнистые композиционные материалы
- •10.1.1. Свойства и методы получения мвкм на основе алюминия
- •10.1.2. Свойства и методы получения мвкм на основе магния
- •10.1.3. Свойства и методы получения мвкм на основе титана
- •10.1.4. Свойства и методы получения мвкм на основе никеля и кобальта
- •10.1.5. Области применения мвкм
- •10.2. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы
- •10.2.1 Свойства и методы получения дкм на основе алюминия
- •10.2.2. Свойства и методы получения дкм на основе никеля
- •10.2.3. Свойства и методы получения дкм на основе хрома
- •10.2.4. Свойства и методы получения дкм на основе молибдена
- •10.2.5. Свойства и методы получения дкм на основе вольфрама
- •10.2. 6. Свойства и методы получения дкм на основе серебра
- •10.2.7. Области применения дкм
- •10.3. Псевдосплавы
- •10.3.1. Свойства и методы получения псевдосплавов на основе железа
- •10.3.2. Свойства и методы получения псевдосплавов на основе вольфрама и молибдена
- •10.3.3. Свойства и методы получения псевдосплавов на основе никеля
- •10.3.4. Свойства и методы получения псевдосплавов на основе титана
- •10.3.5. Области применения псевдосплавов
- •10.4. Эвтектические композиционные материалы
- •Глава 11. Композиты на основе полимерной
- •11.1. Состав и основные свойства полимерных композитов
- •11.1.1. Армирующие волокна для пкм
- •11.1.2. Матрицы для пкм
- •11.1.3. Наногибридные полимер-неорганические композиты
- •11.1.4. Поверхность раздела фаз в пкм
- •11.2. Методы получения полимерных композитов
- •11.2.1. Метод изготовления слоистых и намотанных пкм
- •11.2.2. Золь-гель-методы получения наногибридных полимер-неорганических композитов
- •11.3. Области применения полимерных композитов
- •11.4. Дендримеры - новый вид полимеров и композиты на их основе
- •Глава 12. Жидкокристаллические композиты. Свойства, методы получения и области применения
- •12.1. Основные свойства жидких кристаллов
- •12.2. Методы получения жидкокристаллических композитов
- •12.3. Области применения жкк
- •Глава 13. Керамические и углерод-углеродные композиционные материалы. Основные свойства, методы получения и области применения
- •13.1. Керамические композиционные материалы
- •13.1.1. Основные свойства ккм
- •13.1.2. Методы получения и области применения ккм
- •13.2. Углерод - углеродные композиционные материалы
- •13.2.1. Основные свойства уукм
- •13.2.2. Методы получения и области применения уукм
- •Глава 14. Синергетика процессов создания композитов. Новые виды материалов
- •Задачи и упражнения
- •Литература дополнительная
- •Содержание
- •Глава 1 Классификация и критерии конструирования композиционных
- •Глава 2. Периодическая таблица Менделеева. Электронная структура элементов,
- •Глава 3. Фазовые переходы и их влияние на структуру
- •Глава 4. Физико-химические свойства основных
- •Глава 5. Термодинамика композиционных систем с границами
- •Глава 6. Межфазное взаимодействие, совместимость компонентов,
- •Глава 7. Физические свойства композитов. Упругие и
- •Глава 8. Адгезия и смачивание в композитах..........................………………………....71
- •Глава 9. Краткая характеристики и общие методы получения и обработки
- •Глава 10. Основные виды композитов на основе металлической матрицы. Свойства, методы получения и области применения. ..........................................………………….90
- •Глава 11. Композиты на основе полимерной матрицы. Свойства,
- •Глава 12. Жидкокристаллические композиты. Свойства,
- •Глава 13. Керамические и углерод-углеродные композиционные материалы. Основные свойства, методы получения и области применения...................………... 123
- •Глава 14. Синергетика процессов создания композитов.
- •Задачи и упражнения................................................……………………………...........144
Глава 6. Межфазное взаимодействие, совместимость компонентов, стабильность границы и прочность композита
Межфазное взаимодействие оказывает непосредственное влияние на формирование сильных или слабых связей между компонентами композита, что определяет его прочность, вязкость разрушения, термостойкость и другие свойства. Поэтому управление процессом межфазного взаимодействия является важным звеном в формировании свойств композита.
При создании композиционных материалов руководствуются условиями совместимости компонентов и стабильности поверхности раздела.
6.1. Совместимость компонентов композита
Для получения композитов с оптимальными свойствами межфазное взаимодействие должно быть ограниченно, поскольку интенсивное взаимодействие приводит к ухудшению механических свойств композиционного материала. При высоких температурах на поверхности волокон композита протекают химические реакции. Если химическая реакция затрагивает тонкий слой, то это даже упрочняет связь волокна с матрицей, но если слой утолщается, то продукты реакции могут сильно ослабить эту связь, кроме того, волокно может разрушиться. Актуальная научно-техническая задача - изучение реакций на межфазных границах. Химическое взаимодействие может происходить как при изготовлении композитов, так и при их высокотемпературной эксплуатации.
6.1.1. Химическая совместимость компонентов
Для того, чтобы композит обладал стабильными свойствами при повышенных температурах, его компоненты должны быть химически совместимы. Понятие химической совместимости включает понятие термодинамической и кинетической совместимости.
Термодинамическая совместимость - способность матрицы и армирующих элементов находиться в состоянии термодинамического равновесия неограниченное время при температуре получения и эксплуатации. Термодинамически совместимо в изотермических условиях ограниченное число композиционных материалов, состоящих из компонентов, практически не растворимых друг в друге в широком интервале температур (например, Cu-W). Большинство композитов состоит из термодинамически несовместимых компонентов, для которых из диаграмм состояния можно определить только возможные фазовые равновесия и направленность реакций.
Кинетическая совместимость - способность компонентов находиться в состоянии метастабильного равновесия, контролируемого такими факторами, как адсорбция, скорость диффузии, скорость химических реакций.
Термодинамически несовместимые составляющие композита в определенных температурно-временных интервалах с использованием новых оптимальных технологий могут быть совместимы кинетически и достаточно надежно работать.
Наряду с химической совместимостью при создании композита важно обеспечить механическую совместимость, т.е. соответствие упругих констант, коэффициентов термического расширения и показателей пластичности компонентов, позволяющих достигнуть прочности связи для передачи напряжений через границу.