9.2. Классификация.

Композиционные материалы классифицируют по геометрии наполнителя, расположению его в матрице и природе конструкционных компонентов.

По геометрии наполнителя композиционные материалы подразделяют на три группы:

- с нульмерными наполнителями, размеры которых в трех измерениях имеют один и тот же порядок;

• с одномерными наполнителями, один из размеров которых значительно превосходит два других;

• с двухмерными наполнителями, размеры которых значительно превосходят третий.

По схеме расположения наполнителей выделяют три группы композиционных материалов:

• с одноосным (линейным) расположением наполнителя в виде волокон, нитей, нитевидных кристаллов в матрице параллельно друг другу;

• с двухосным (плоскостным) расположением армирующего наполнителя в виде волокон, матов из нитевидных кристаллов, сетки, фольги в матрице в параллельных плоскостях;

• с трехосным (объемным) расположением армирующего наполнителя и отсутствием преимущественного направления в его распределении.

По природе конструкционных компонентов композиционные материалы разделяются на четыре группы:

• композиционные материалы, содержащие конструкционный компонент из металлов или сплавов;

• композиционные материалы, содержащие компонент из неорганических соединений оксидов, карбидов, нитридов и других соединений;

• композиционные материалы, содержащие компонент из неметаллических элементов, углерода, бора и других соединений;

• композиционные материалы, содержащие компонент из органических соединений (эпоксидные, полиэфирные, фенольные и другие смолы).

Свойства композиционных материалов зависят не только от физико-химических свойств конструкционных компонентов, но и прочности связи между ними. Обычно компоненты для композиционного материала выбирают со свойствами, существенно отличающимися друг от друга.

Композиты могут содержать армирующие и наполняющие компоненты различных размерностей. Все размеры нульмерных наполнителей намного меньше характерного размера образца композиционного материала; у одномерных наполнителей (армирующих элементов) один из их размеров соизмерим с характерным размером; по меньшей мере, два размера двухмерного армирующего элемента соизмеримы с характерными размерами образца композита. К нульмерным наполнителям относят дисперсные (преимущественно порошковые) наполнители (сажа, песок, мелкодисперсные металлы, фосфаты, стеклянные и кремнеземные микросферы и т. д.); к одномерным волокнистые наполнители и армирующие элементы: природные коротковолокнистые (асбест), растительные (сизаль, джут), высокомодульные нитевидные кристаллы (оксид и нитрид алюминия, оксид бериллия, карбид бора, нитрид кремния), длинномерные стеклянные, углеродные, базальтовые, борные керамические, металлические, низко- и высокомодульные органические волокна. К двухмерным относят ленточные, тканевые (состоящие из любых видов волокон и их сочетаний), сеточные и другие армирующие элементы.

Вклад наполнителей (арматуры) в комплекс свойств композитов бывает настолько существенным, что последние нередко называют по виду наполнителя: графитопласты, стекловолокниты, органе-, угле- и боропластики и т. д.

По макростроению композиционные материалы различают в соответствии с геометрическими параметрами относительно расположения компонентов. В матрице армирующие элементы могут быть расположены хаотически, но чаще их стараются разместить в определенном порядке. Возможности количественного сочетания и объемного расположения нульмерных, одномерных и двухмерных армирующих элементов весьма широки.

Композиционные материалы, имеющие одинаковые свойства во всех направлениях, называют изотропными. К ним относят хаотически наполненные порошками, короткими волокнами и чешуйками композиты. Материалы, свойства которых неодинаковы по различным направлениям, называют анизотропными. Это композиты с армирующими элементами в виде непрерывных волокон, пластин, тканей, сеток. Иногда в микрообъемах (в зоне армирующих элементов) наблюдается анизотропия свойств композита, а в целом их изотропия. Такие материалы называют квазиизотропными.

При моделировании технологии изготовления и выборе схемы прочностного расчета высокопрочные композиционные материалы делят на три группы: с одноосным, двухосным (плоскостным) и трехосным (объемным) армированием (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Схемы армирования композиционного материала одномерными (волокнистыми) элементами: о—одноосное; б—двухосное; в—трехслойное.

Все чаще находят применение комбинированные композиционные материалы: полиармированные (содержащие два и более различных по составу и природе армирующих элемента), полиматричные (имеющие две или более матрицы) и т. д.