Шпоры по ТКМ / литье, резание, КМ / 7 тема 2 вопрос в

7 тема 2 вопрос в

В) Принципы выбора материалов матриц и волокон

Одно из требований, предъявляемых к материалу матрицы, вытекает из требования ее пластичности. Но главным является обеспечение работоспособности в области температур, для которой предназначен композит. Для изготовления композитов, работающих в области Т<200°С, применяют полимерные матрицы. Стеклопластик — короткие стеклянные волокна в матрице из полиэфирной смолы. Этот композит применяется для изготовления корпусов автомобилей, лодок, различных бытовых приборов. Термореактивные пластики — полимеры, в которых поперечные связи между цепями образуют молекулярную структуру с жесткой трехмерной сеткой. “Сшивка” связей в поперечном направлении обеспечивает более высокую термостойкость. Такими полимерами являются эпоксидные смолы. Для более высоких температур применяют металлические матрицы. При этом разработчикам приходится считаться с большой массой деталей из композита, даже если применять металлы с малой плотностью — алюминий, магний, титан. Металл, кроме теплостойкости, обладает и прочностью, которая дополняет прочность волокон, а пластичность металла придает композиту свойство вязкости. Наконец, для очень высоких температур применяют керамические матрицы. Важной матрицей, по существу относящейся к керамическим материалам, является углеродная. Она выдерживает высокую температуру, имеет высокую твердость и низкую пористость. Чаще всего для матрицы используют аморфный углерод, а армирующие волокна выполняют тоже из углерода, но кристаллического — графита. Такой композит "углерод-углерод" выдерживает температуры до 2500°С и перспективен для заатмосферной авиации. Свойства различных материалов наглядно проиллюстрированы на рисунках 28 и 29. На первом из них на примере применения различных материалов для лопаток турбин показаны сравнительная термопрочность материалов и прогноз их развития к началу ХХI столетия. На втором показана связь удельной прочности  / с числом М для различных материалов. Здесь  — прочность материала,  — его плотность, М — число Маха, являющееся отношением скорости летательного аппарата к скорости звука. Естественно, что для летательных аппаратов необходимо снижать массу конструкции и повышать ее прочность. То есть, необходимо стремиться к максимально возможным значениям  / , а увеличение скорости сопряжено с достижением максимальных чисел М. Крупный недостаток углеродной матрицы в отличие от других керамических матриц состоит в окислении и абляции — уносе массы с поверхности потоком горячих газов. Для ее устранения весь композит усложняют путем покрытия его тонким слоем более стойкого SiC. Отметим, что применение RCC композита вместо металлов сильно снижает массу аппарата и позволяет увеличить дальность полета почти на 1000 км. Итак, выбор материала матрицы определяется в первую очередь рабочей температурой композиционного материала.