Км на полимерных матрицах: стеклопластики, боро-

волокниты, органоволокниты, карбоволокниты

Свойства конструкционных ПКМ определяются свойствами основных компонентов - матрицы и арматуры.

Наиболее прочные композиты на основе фенольных, эпоксидных и полиэфирных смол; максимально химически стойкие ПКМ на основе полиэтилена, полипропилена и фторопласта. Сочетание эпоксидных, полиэфирных смол с синтетическими тканями, волокнами и бумагой дает легкие материалы, устойчивые к вибрационным и ударным нагрузкам, водостойкие и сохраняющие герметичность в условиях нагружения.

ПКМ на основе эпоксидных смол, армированных борными волокнами или НК, являются наиболее высокомодульными полимерными композиционными материалами, по удельной жесткости в несколько раз превосходящими металлы.

Свойства ПКМ зависят от вида применяемых волокон. К органическим волокнам относят волокна на основе араматических полиамидов (арамидов). Высокопрочные и высокомодульные арамидные волокна обладают высокими прочностью и модулем упругости, термостабильностью, позволяющей эксплуатировать их в широком интервале температур.

Наибольшее применение нашли композиты (стекло­пластики, углепластики, боропластики, органопластики) на полимерной матрице. Связующими могут быть термо­пластичные и термореактивные полимеры (эпоксидные, полиэфирные, фенолформальдегидные, полиамидные смолы и др.

Карбоволокниты (углепласты) представляют собой композиции, состоящие из полимерного связующего (матрицы) и упрочнителей в виде углеродных волокон (карбоволокон). Их используют в судо- и автомобилестроении; изготавливают подшипники, панели отопления, детали авиационной техники, аппаратуру для химической промышленности.

К стеклопласти­кам относят композиты со стеклянным наполнителем. Они нашли широкое применение в промышленности.

Углепластики представляют собой композиты, состоящие из армирующего каркаса и углеродной матрицы в его объеме. Для армирования используют углеродистые волокна. Эти материалы используют в судостроении, автомобильной промышленности, в про­изводстве подшипников, спортивного инвентаря и других изделий.

В боропластиках упрочнителем выступают материа­лы из бора, что обеспечивает им высокую усталостную прочность.

Это хорошие конструкционные материалы, ис­пользуемые в различных отраслях народного хозяйства.

Композиты на полимерной матрице характеризуются малой массой (плотность большинства композиционных материалов изменяется от 1,35 до 4,8 Мг/м³), химической стойкостью, прочностью и жаропрочностью, жесткостью, коррозионной стойкостью, долговечностью, термической стабильностью, технологичностью и экономичностью.

КМ на металлических матрицах и матрицах из керамики.

Перспективы развития КМ

Композиционные материалы (МКМ) состоят из металлической матрицы (чаще Al, Mg, Ni и их сплавы), упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материалы) или тонкодисперсными тугоплавкими частицами, не растворяющимися в основном металле (дисперсно-упрочненные материалы).

Металлическая матрица связывает волокна (дисперсные частицы) в единое целое (рис. 3).

В металлических композитах (МКМ) для армирования используют непрерывные волокна: углеродные (УВ), борные (В), оксида алюминия (Al₂O₃), карбида кремния (SiC), карбида бора (B₄C), нитрида бора (BN), диборида титана (TiB₂), оксида кремния (SiO₂). МКМ изготовляют методами порошковой металлургии. Свойства МКМ приведены в таблице.

Волокна карбида кремния, применяются в металлокомпозитах, эксплуатируемых при высоких температурах. Получают их паро- газо- осаждением на W и углеродную подложки.

В химической промышленности в изделиях, эксплуатируемых в условиях повышенного трения, ис­пользуются композиты с матрицами из меди, цинка, свинца и их сплавов. Металлическая матрица обеспечи­вает композитам хорошие физические (электрические, магнитные, акустические и др.) и механические свойства.

Волокна применяются двух типов: не подверженные пластическим деформациям (карбид кремния, оксид алю­миния, бор, углерод, нитевидные кристаллы тугоплавких соединений); и пластически деформируемые (бериллий, вольфрам, молибден, сталь). Первая группа композитов характеризуется высокой прочностью, жаропрочностью и усталостной прочностью; вторая — лучшей технологич­ностью.

Композиты подобного типа характеризуются повы­шенной прочностью и упругостью, при этом работоспо­собность композита сохраняется почти до температуры плавления матрицы.

Матрицей в керамических композитах являются кар­бид кремния, нитриды кремния и бора, боросиликатные стекла, углерод и др. В качестве наполнителей чаще все­го используются углеродные волокна.

Эти композиты имеют высокую прочность, стабиль­ные характеристики при высоких температурах, низкую плотность, коррозионную стойкость, достаточную удар­ную вязкость и стойкость к перепадам температур.

Рис. 3. Схема структуры (а) и армирования непрерывными волокнами (б) композиционных материалов:

/ — зернистый (дисперсно-упрочненный) материал (l/d = 1); 2 — дискретный волокни­стый композиционный материал; 3 — непрерывно волокнистый композиционный ма­териал; 4 — непрерывная укладка волокон; 5 — двухмерная укладка волокон; б, 7 — объемная укладка волокон

Композиты с керамическими и силикатными матрицами изготавливают традиционными методами металлокерамики. В производстве волокнистой керамики применяют армирование волокном из нитрида бора, корунда, карбида кремния, бора, углерода и других веществ. Керамику с ориентированной структурой получают спеканием и охлаждением заготовок в сильном постоянном магнитном поле, после остывания магнитная ориентация сохраняется.

К керамическим материалам относятся химические соединения металлов с кислородом, углеродом, азотом, бором, кремнием и всевозможные их сочетания: Ме (О, С, N, B, Si).