- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1. Классификация и критерии конструирования композиционных материалов
- •1.1. Что такое композит?
- •1.2. Классификация композиционных материалов
- •1.3. Критерии конструирования композита
- •1.4. Свойства некоторых современных композиционных материалов
- •Глава 2. Периодическая таблица Менделеева. Электронное строение элементов, типы связей и свойства веществ
- •2.1. Периодический закон д.И. Менделеева и свойства элементов
- •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
- •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
- •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
- •7.2.2. Упругие свойства порошковых композитов
- •7.3. Прочность композиционных материалов
- •7.3.1. Прочность композита, армированного непрерывными волокнами
- •Влияние ориентации волокон на разрушение композита.
- •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
- •Система жидкий металл - тугоплавкое соединение.
- •8.5. Процессы адгезии, смачивания и
- •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 композиционных материалов
- •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. Свойства, методы получения и области применения
- •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
- •10.3. 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 матрицы. Свойства, методы получения и области применения
- •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 слоистыл и намотанных пкм
- •11.2.2. Золь-гель-методы получения наногибридных полимер-неорганических 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
- •6 Армирование волокнами; в - «затупление» трещины на большой площади
- •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 и технологий: нано- и биоковмпозиты
- •Послесловие
- •Задачи и упражнения
- •Литература основная
- •Литература дополнительная
- •Содержание
- •Глава 1 Классификация и критерии конструирования
- •Глава 2. Периодическая таблица Менделеева. Электронная
- •Глава 3. Фазовые переходы и их влияние на структуру
- •Глава 4. Физико-химические свойства основных компонентов
- •Глава 5. Термодинамика композиционных систем
- •Глава 6. Межфазное взаимодействие, совместимость компонентов, Стабильность границы и прочность композита................................68
- •Глава 7. Физические свойства композитов. Упругие
- •Глава 8. Адгезия и смачивание в композитах.........................................90
- •Глава 9. Краткая характеристики и общие методы получения и обработки композитов на основе металлической матрицы............................105
- •Глава 10. Основные виды композитов на основе м еталличгеской матрицы. Свойства, методы получения и области применения........................ .......... .............114
- •Глава 11. Композиты на основе полимерной матрицы. Свойства,
- •Глава 12. Жидкокрис галлические композиты. Свойства,
- •Глава 14. Синергетика процессов создания композитов.
Задачи и упражнения
1. Модуль сдвига какого композита выше медь-окись кремния (волокно), никель-окись кремния (волокно)? Доля волокна одинакова (0,2).
2. Какой материал вы применили бы для работы при 1750°С в агрессивной окислительной среде? Какие тип материала и характер армирования вы выберите? Обоснуйте ответ.
3. Как повысить вязкость разрушения волокнистого композита? При каких условиях граничная энергия равна внутренней энергии системы?
4. Какие типы связей характерны для элементов и соединений? Расположите их по возрастанию энергии связи. Какие типы связей характерны для керамик?
5. На подложку никеля наносят тонкую защитную аморфную пленку SiO2. Напишите в порядке возрастания межфазной энергии системы SiO2/(100)Ni, Si02/(110)Ni, Si02/(lll)Ni. Обоснуйте ответ.
6. При каких условиях имеет место адгезионный характер разрушения, а при каких когезионный?
7. Как путем легирования матрицы увеличить термическую стабильность и изменить межфазное взаимодействие для композита титан-молибден (волокно)?
8. Чем отличаются друг от друга ультра- и инфракерметы? В каких условиях лучше использовать ультра -, а в каких инфракерметы?
9. Какими способами можно повысить ударную прочность волоконного композита, работающего при температуре 100-200°С.
10. Определите соотношения между модулями упругости вдоль и поперек волокон для композитов A1-Si02 (волокно), Ni-SiO2; (волокно). Доля волокна 0.2.
11. От чего зависит пропитка пористых материалов? Какой жидкий металл, с какими характеристиками лучше выбрать для пропитки пористого вольфрама?
12. Как повысить стабильность перспективного композита алюминий (матрица) - бор (волокна), полученного методом жидкофазной пропитки, если известно, что они активно взаимодействуют друг с Другом и прочность соединения на границе ухудшается?
13. Как прочность и тип связи на границе раздела влияют на характер разрушения волокнистого композита?
14. Как путем армирования можно повысить ударную прочность композита? Обоснуйте ответ.
15. Почему керамики обладают очень низким пределом прочности на растяжение (по сравнению с теоретической прочностью), но существенно более высокой прочностью на сжатие?
16 Как зависит температура плавления, твердость и жесткость соединения от прочности связей между атомами?
17. Как повысить ударную прочность (вязкость) композита А120з (матрица) - А1 (волокно)? Обоснуйте ответ.
18. Какие легирующие добавки следует ввести в матрицу, чтобы увеличить термическую стабильность и изменить межфазное взаимодействие в композите никель - волокна молибдена?
19. Тугоплавкое волокно – Аl2Оз. Какой из металлов - никель или титан в жидком состоянии - лучше смачивает волокно? Обоснуйте ответ.
20. Какие основные факторы определяют вязкость разрушения композита, упрочненного дисперсными частицами?
21. Как влияют (1) энергия границы, (2) тип связи на границе, (3) энергия ионизации компонентов, (4) электроотрицательность компонентов на устойчивость композита?
22. Композит: титан - волокна бора. При температуре выше 1073К под давлением образуются бориды, разупрочняющие композит. Предложите методы повышения термической стабильности композита.
23. Жидкий никель не смачивает волокна оксида алюминия. Как улучшить условия пропитки композита?
24. При каких условиях композиты, армированные дискретными и непрерывными волокнами при равной доле волокон будут иметь одинаковую прочность?
25. Композит должен работать при низких температурах в агрессивной среде и быть устойчивым к ударным нагрузкам. Какие компоненты вы используете? Обоснуйте ответ.
26. Смачиваемость каких поверхностей высоко- или низкоэнергетических лучше (при прочих равных условиях)? Объясните почему.
27. От чего зависит пропитка пористых материалов? Какой жидкий металл, с какими характеристиками лучше выбрать для пропитки пористого молибдена?
28. От каких параметров зависит прочность на растяжение волокнистого композита?
29. Сравните отношение к деформации и разрушению металлов, керамик, полимеров.
30. Композит должен работать при очень высоких температурах в агрессивной среде и быть устойчивым при нагрузках на сжатие. Выберите компоненты композита и схему армирования. Обоснуйте ответ.
31. Определите соотношение между модулями упругости вдоль и поперек волокон для композитов алюминий - бор (волокно), алюминий -углерод (волокно). Доля волокна 0,3.
32. Предложите пути повышения прочности композита на основе полимерной матрицы, армированной органическими полимерными волокнами (органопластик)
33. В композите слой металла покрыт защитной пленкой полимера. Площадь фактического контакта практически равна молекулярному. Какой характер разрушения будет характерен для этого композита при деформации сжатия?
34. Сильная или слабая связь на границе волокно-матрица предпочтительнее при работе однонаправленного волокнистого композита на растяжение, если сила направлена: а) вдоль оси волокон, б) поперек волокон? Ответ обоснуйте.
35. Предложите композит для изготовления подшипников скольжения с малым коэффициентом трения, высокой теплопроводностью и стойкостью в агрессивных средах. Ответ обоснуйте.