9.3. Физико-химические основы создания композиционных материалов.

В композиционном материале объединены конструкционные компоненты различного химического состава и различной химической природы: металлы, соли, органические соединения.

Из теории физико-химического анализа известно, что стабильной может быть только такая система компоненты, которой находятся в состоянии равновесия. Если в системе образованной компонентами композита протекают химические взаимодействия, то они будут инициировать разрушение композита.

Стабильность композита может быть также оценена исходя из соотношения сил взаимодействия компонентов на границе раздела фаз. В композитах частицы конструкционных компонентов имеют небольшие размеры и соответственно развитую удельную поверхность. Силы взаимодействия частиц на границе раздела фаз должны обеспечивать целостность материала. Если силы взаимодействия между однотипными частицами будут существенно больше, чем силы взаимодействия между частицами различных материалов, то это неизбежно приведёт к расслоению конструкционных компонентов и разрушению композита. В идеальном случае силы взаимодействия между разнородными и однородными частицами должны быть соизмеримы.

Взаимодействие матрицы с конструкционными компонентами, сопровождающееся образованием новой фазы, приведёт к значительному изменению свойств композиционного материала или его разрушению. Теоретически предпочтительным было бы протекание взаимодействия между контактирующими конструкционными компонентами и матрицей на стадии получения композиционного материала. Такое взаимодействие могло быть инициировано кратковременной обработкой композиционного материала при повышенной температуре. Взаимодействие компонентов приводит к образованию слоя продуктов реакции, который скрепляет конструкционные компоненты между собой и одновременно является затрудняющим слоем для дальнейшего протекания реакции. Было бы весьма подходящим, чтобы в условиях эксплуатации материала не наблюдалось дальнейшего заметного взаимодействия конструкционных компонентов композиционного материала.

9.4. Области применения композиционных материалов.

Области применения композиционных материалов весьма многочисленны, постоянно расширяются и не ограничены.

В авиационной, космической, ракетной технике композиты используют для создания деталей корпусов и внутренней оснастки. В самолётах это обшивка, лонжероны, нервюры, панели. В космической технике узлы силовых конструкций аппаратов, подвергающиеся нагреву, элементы жёсткости, панели. Изготовление из композитов корпусов самолётов нового поколения гражданской авиации уменьшит их вес на 20%, что позволит повысить экономические показатели полётов.

В автомобильной промышленности применение композитов для изготовления деталей кузовов автомашин позволяет решить одну из главных проблем – коррозию металлических деталей. Высокая эстетичность композитов, в особенности карбона, определяет их использование в деталях салона. Увеличивается количество композитов при изготовлении крышек, защитных элементов, корпусов агрегатов, рессор, рам, панелей кузовов, бамперов, других деталей.

В строительной индустрии из композитов изготавливают кровельные детали, метало-сайдинговую обшивку, отделочные материалы, детали корпусной архитектуры, применяют в пролётах мостов, в панелях для высотных сборных сооружений и многих других конструкциях.

В машиностроении из композитов изготовлены корпуса агрегатов, детали машин; в горнорудной промышленности детали бурового инструмента, буровых машин; в химической промышленности детали автоклавов, цистерн, аппаратов сернокислотного производства, ёмкости для хранения и перевозки нефтепродуктов, детали химических аппаратов.

В металлургической промышленности композиты применяют в качестве огнеупорных материалов для футеровки печей, кожухов, другой арматуры печей, наконечников термопар; в текстильной промышленности для деталей прядильных машин, ткацких станков; в сельскохозяйственном машиностроении для режущих частей плугов, дисковых косилок, деталей тракторов; в бытовой технике для деталей стиральных машин, рам гоночных велосипедов, деталей радиоаппаратуры и во многих других изделиях.