Материаловедение. Материаловедение и защита металлов от коррозии
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
Вопрос 43. Композиционные материалы. Классификация их по материалу матрицы и армирующих элементов, а также по геометрии компонентов. Свойства композиционных материалов. Композитный материал — многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жёсткостью и т. д. Характеристика КМ по материалу матрицы и армирующих компонентов указывает на их физико-химическую природу. По материалу матрицы различают: 1) Металлические КМ или композиционные материалы на основе металлов и сплавов. Чаще всего используются алюминий, магний, титан, медь и сплавы на их основе. 2) КМ на основе интерметаллидов, когда в качестве матрицы используются химические соединения металлов с металлами. Это относительно новый класс КМ, в котором в качестве материала матрицы используются жаропрочные интерметаллиды Ti3Al, TiAl, NiAl, Ni3Al и др. 3) Керамические КМ. В качестве матрицы этих материалов используются неорганические соединения оксидов, карбидов, нитридов и т. п. Является новым классом КМ, который имеет перспективы, как класс супержаропрочных материалов. 4) КМ на основе неметаллических компонентов. Это прежде всего КМ на основе углерода, которые считаются одними из самых перспективных конструкционных материалов, особенно в сочетании с углеродными волокнами. 5) КМ с матрицей из полимеров. Эпоксидные, полиэфирные и некоторые другие термоактивные смолы, а также полимерные термопласты являются наиболее широко распространенной группой конструкционных композитов. В качестве армирующих компонентов (наполнителей) полимерных композиционных материалов (ПКМ) обычно применяют твердые наполнители: непрерывные и дискретные волокна различной природы, ткани и нетканые материалы на основе этих волокон. Наибольшее распространение получили пластики, армированные стеклянными, углеродными, органическими, борными и некоторыми другими видами волокон. Армирующие компоненты, или наполнители, во многом определяют свойства КМ. В настоящее время широкое применение нашли армирующие компоненты, изготовленные из: - металлов и сплавов (сталь, бериллий, вольфрамат титана и др.); - неметаллов, таких, как углерод и бор; - керамики А12О3, SiC, TiB2, TiC, AlN и др.; - стекол, таких, как стекло Е и стекло S; - органических веществ, таких, как лавсан, кевлар, полиэтилен и др. Классификация КМ по геометрии компонентов Согласно этой классификации, КМ относятся к одному из следующих классов: - дисперсноупрочненные композиты и композиты, армированные частицами; - волокнистые композиты; - слоистые композиционные материалы. С учетом размера и распределения вторых фаз или армирующих компонентов в каждом из классов КМ можно выделить подклассы [13]: - субмикроструктурированные композиты: размер частиц (dч), толщина волокна (dв) намного меньше 1 мкм (d 1 мкм); - микроструктурированные композиты: размер частиц, толщина волокна или слоя (dc) имеет порядок одного микрометра (d = 1 мкм); - макроструктурированные композиты: макроскопические размеры компонентов имеют порядок одного миллиметра (d 0,1 мм). Вопрос 44. Классификация по структуре и расположению компонентов, а также по методам изготовления. В соответствии с классификацией по структуре и расположению компонентов КМ делятся на группы с Каркасной (псевдосплавы, полученные методом пропитки) Матричной (структуру имеют дисперсно-упрочненные и армированные КМ) слоистой (композиции, полученные из набора чередующихся фольг или листов материалов различной природы или состава.) комбинированной структурой (материалы, содержащие комбинации первых трех групп. Например, псевдосплавы, каркас которых упрочнен дисперсными включениями, относятся к КМ, сочетающим каркасную и матричную структуры.) В соответствии с этой классификацией КМ по методам получения делятся на материалы, полученные: жидкофазными (пропитка (пропитка арматуры полимерами или расплавленными металлами) и направленная кристаллизация сплавов) твердофазными методами (прокатка, экструзия, ковка, штамповка, уплотнение взрывом, диффузионная сварка, волочение и др) также методами осаждения - напыления, комбинированными методами. При получении КМ методами осаждения - напыления матрица наносится на волокна из растворов солей или других соединений, из парогазовой фазы, из плазмы и т.п. Комбинированные методы заключаются в последовательном или параллельном применении нескольких методов. Например, в качестве предварительной операции может использоваться плазменное напыление, а в качестве окончательной операции - прокатка или диффузионная сварка. Вопрос 45. Роль матрицы и армирующего материала в композите. Термодинамическая и кинетическая совместимость компонентов. Армирующие элементы обеспечивают высокие прочностные свойства в зависимости от геометрии: 1, Порошковые (гранецентрированные). Бывают монодисперсные или полидисперсные 2, Волокна. Они должны обладать высокой удельной прочностью, иметь высокий диапазон температур эксплуатации, химическую стойкость, должны отсутствовать фазовые превращения 3, Пластинчатые. В виде металлических фольги или чередующихся листов металла или неметалла. Цель матрицы соединить армирующие материалы в требуемое изделие. Компоненты матрицы: обеспечивают заданную форму изделия; позволяют воспринимать и распределять внешнюю механическую нагрузку по армирующим компонентам. Термодинамическая совместимость – свойство матрицы, армирующих элементов и других компонентов композита находиться в состоянии термодинамического равновесия при температурах, соответствующих режимам формирования и условиям эксплуатации материала. Такое состояние может быть достигнуто, например, если компоненты взаимно растворяются при формировании композита. Полностью термодинамическое равновесие в композиционных материалах достигается очень редко. Кинетическая совместимость – свойство компонентов находиться в состоянии метастабильного (относительно устойчивого) равновесия, регулируемого протеканием процессов адсорбции, диффузии или химических реакций между компонентами. Термодинамически несовместимые компоненты при определенных условиях (температура, давление, длительность контактирования) могут быть совместимы кинетически, что обеспечивает стабильность композиционного материала. |