30. Принципы создания композиционных материалов.
Создание и применение композитов – один из наиболее перспективных путей обеспечения производства конструкционными материалами, позволяющими повысить рабочие параметры новой техники и экономию ресурсов.
Композиционный материал - это материал, состоящий из двух или нескольких компонентов, которые отличаются по своей природе или химическому составу, где компоненты объединены в единую монолитную структуру с границей раздела между структурными составляющими (компонентами), оптимальное сочетание которых позволяет получить комплекс физико-механических и химических свойств, отличающихся от комплекса свойств компонентов.
Компонент, непрерывный в объеме композита, называют матрицей или связующим (1). Другие, например, упрочняющие или армирующие компоненты (2) распределены в матрице в определенном порядке.
Рис.5.1. Схема композиционного материала:
1– матрица , 2 – армирующие компоненты, 3 – переходный слой на границе раздела компонентов
31. Классификация композиционных материалов.
П о п р о и с х о ж д е н и ю различают природные, искусственные и синтетические композиционные материалы. Природные композиты находятся в готовом виде на Земле или в космосе (растения, кости человека, гранит, некоторые метеориты). Искусственные и синтетические композиты являются продуктом трудовой деятельности человека.
П о н а з н а ч е н и ю композиты подразделяются на две большие группы – материалы общетехнического и специального назначения. Первые предназначены для восприятия и передачи механической нагрузки. Вторые выполняют в составе изделий специальные функции: снижение трения и изнашивания подвижных сопряжений, защита от коррозии металлических деталей; звуко- и теплоизоляция
П о м а т е р и а л у м а т р и ц ы различают:
-полимерные композиты (термопластичные, на основе реактопластов, на основе смесей полимеров);
-металлические композиты (в том числе, получаемые методом порошковой металлургии, и сплавы, состоящие из макронеоднородных фаз);
-керамические и другие неорганические композиты (на основе неорганических полимеров, на минеральной, углеродной, и других неорганических матрицах);
-комбинированные (полиматричные) композиты.
П о п р и р о д е к о м п о н е н т о в вводимых в матрицу композиты подразделяются на наполненные и армированные.
Наполненные композиты содержат в матрице наполнители – дисперсные частицы неорганических и органических веществ, которые могут находиться в любой фазе.
Армированные композиты имеют в составе армирующие элементы (арматуру) более прочные, чем матрица.
П о ф о р м е н а п о л н и т е л я разделяют на три основные группы: нульмерные (малых размеров); одномерные (волокна) и двумерные (пластины)
П о п р и з н а к а м с т р у к т у р ы различают дисперсно-наполненные, волокнистые, слоистые, каркасные и комбинированные композиты.
Дисперсно-наполненные композиты состоят из непрерывной матрицы, в которой распределена дисперсная фаза в виде твердых частиц (порошка, коротких волокон, микросфер и т.п.) – нульмерные наполнители.
Волокнистые композиты – материалы с непрерывной матрицей, соединяющей длинные волокна. При хаотическом расположении волокон композиты анизотропны. Ориентированная укладка волокон приводит к изотропии свойств.
Слоистые композиты - материалы, состоящие из листовых или расположенных послойно волокнистых компонентов, скрепленных между собой с помощью связующего.
Каркасные композиты – материалы, состоящие из двух или более непрерывных фаз. Непрерывная трехмерная армирующая фаза чаще всего состоит из семейств ориентированных волокон, которые расположены, например, во взаимно перпендикулярных направлениях . Подобный каркас может быть образован не только тремя, но и n семействами волокон
Комбинированные композиты имеют признаки, дающие основания отнести их к нескольким структурным типам композиционных материалов.
П о м е т о д а м п о л у ч е н и я композиты подразделяют на классы в зависимости от нескольких признаков. Наиболее общей является классификация по фазовому состоянию компонентов во время их соединения в композиционный материал.