Композиционные материалы (км).

Основные определения.

КМ – материалы сложного состава, которые получают путем объемного сочетания разнородных компонентов с границей раздела между ними.

Компонент непрерывный в объеме КМ называется матрицей. Компонент, распределенный в матрице, называется наполнителем или арматурой.

Наполнители – в основном дисперсные или коротковолокнистые вещества, введение которого в матрицу позволяет повысить прочность материала в 1,5-2 раза по сравнению с прочностью матрицы.

Арматура (армирующая элемента (АЭ)) – волокна ткани, которые при соответствующем содержании в композиции повышают прочность материала в 2-10 раз по сравнению с прочностью матрицы.

В КМ могут находиться как наполнители, так и АЭ.

КМ, имеющие одинаковые свойства во всех направлениях, называются изотропными. К ним относятся наполненные порошками, короткими волокнами или чешуйками композиты.

КМ, свойства которых не одинаковы во всех направлениях, называются анизотропными.

Композиты с АЭ в виде непрерывных волокон, пластин, тканей, сеток и т.д.

Широкое применение в технике нашли комбинированные КМ или гибридные.

Полиармированные, т.е. содержащие 2 или более АЭ, и полиматричные, имеющие 2 или более матриц.

Такие гибридные (полиармированные и полиматричные) изготавливают одновременно с изделием. При этом соответствующий компонент (матрицу или АЭ) вводят в заданное место конструкции, где наиболее полно реализуются его свойства.

Композиционные материалы называют по виду арматуры, наполнителя или матрицы (графитопласты, стекловолокниты, боропластики и т.д.)

КПМ

Эти материалы содержат полимерно связующее (матрицу), которое объединяет все компоненты материала в единую структуру (см. ПЛАСТМАССЫ)

К металлам, наполненным пластиком, относят композиты, которые в качестве наполнителя содержат металлические порошки.

Порошковые наполнители придают композиционной пластмассе дополнительные функциональные свойства:

железо и никель – ферромагнетизм.

Алюминий и медь – низкая газопроницаемость

свинец, кадмий, вольфрам – способные поглощать излучения высоких энергий.

Графитопласты – КПМ, содержащие в качестве наполнителя природные и искусственные графиты. (кокс и т.д.)

АТМ – 2 – графитонаполненный материал на основе …

Км на металлической матрице.

Дисперсно-упрочненные материалы.

Если в металлическом материале равномерно распределены частицы упрочняющей фазы размером от 1 до 100 нм, которые занимают до 15% объема материала, то матрица воспринимает основную часть вн. нагрузки, которая приложена к АМ, а роль частиц сводится к эффективному сопротивлению движению дислокаций в кристаллическом зерне матрицы.

Такие КНМ обладают высокой температурной стабильностью, что обеспечивает сохранение высокой прочности до температур 0,7-0,8 Т_пл матрицы.

Эти материалы получают методом порошковой металлургии. Примерами таких материалов являются материалы на матрице из алюминия.

Их чаще армируют оксидами или карбидами (САП – спеченный алюминиевый порошок).

Формируется из алюминиевых частиц, которые покрыты оксидной пленкой. В процессе ТО смеси такого порошка и сажи происходит образование карбида Al₄C₃.

Получается хороший … сплав с высокими механическими свойствами.

Дисперсно-упрочненные стали.

Для их упрочнения служат … оксиды.

…

Материалы на основе …, упрочненные оксидами, … приобретают жаропрочность и стабильные характеристики электропроводности дисперсно-упрочненных КММ относятся псевдо-упрочненные сплавы, которые состоят из металлов и …

Прессовки в этом случае подвергают пропитке в расплаве легкоплавкого компонента или подвергают жидкофазному спеканию (см. ОСНОВЫ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ).

Материалы на основе вольфрама и меди сочетают высокую твердость, прочность и электропроводность. Они применяются для изготовления электрических контактов и в ракетостроении. Такое же назначение имеет псевдосплав молибден-медь.

Существует много псевдосплавов на основе железа.

Железо-медь-углерод

Железо-марганец-медь

магний-бериллий

магний-никель

магний-цирконий