Волокнистые композиционные материалы

Структура и свойства

В волокнистых композиционных материалах (ВКМ) в качестве матрицы используют: металлы и сплавы на их основе (алюминий, магний, титан, никель) — ВКМ на металлической основе (МВКМ); полимерные, углеродистые или керамические материалы — ВКМ на неметаллической основе (НВКМ).

В качестве наполнителя используют: стальную проволоку из коррозионно-стойких сталей; проволоку из тугоплавких металлов (Мо, W, Та, Be); волокна углерода, бора, нитевидные монокристаллы сапфира А12Оэ, карбида кремния.

Композиционные материалы с неметаллической матрицей

В качестве матрицы НВКМ часто применяют полимерные (эпоксидная, фенолоформальдегидная, полиамидная и др.), углеродные и керамические материалы. Упрочнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксиды, бориды, карбиды, нитриды), металлическая проволока.

Свойства НВКМ зависят от состава композиции, сочетания компонентов, прочности связей между ними. Свойства матрицы определяют в основном прочность композита на сдвиг и сжатие, сопротивление усталостному износу. Свойства упрочнителя определяют в основном прочность и жесткость материала.

В слоистых материалах волокна, нити, ленты, пропитанные связующим, укладывают параллельно друг другу. Полученные слои собираются в пластины. При параллельной укладке свойства композита получаются анизотропными. При укладке волокон под утлом друг к другу можно получить материалы с изотропными свойствами. Рассмотрим некоторые наиболее применяемые НВКМ.

Карбоволокниты (углепласты) представляют собой композиции, состоящие из полимерной матрицы и упрочнителя в виде углеродных волокон (карбоволокон). В качестве матрицы применяются: полимеры (полимерные карбоволокниты); синтетические полимеры, подвергнутые пиролизу (коксованные карбоволокниты); пиролитический углерод (пироуглеродные карбоволокниты). Для удешевления производства в композит добавляют стекловолокно (карбостеклово- локниты).

Карбоволокниты отличаются высоким статическим и динамическим сопротивлением усталости, могут работать в широком диапазоне положительных и отрицательных температур. Материал используется в кузовостроении, при изготовлении панелей, подшипников и т.п.

В бороволокнитах в качестве упрочнителя применяют борные волокна. Материал отличается высокой прочностью при сжатии, сдвиге, срезе, низкой ползучестью, высокой твердостью. Изделия из бороволокнитов применяются в авиастроении.

Органоволокниты представляют собой композицию из синтетической матрицы и синтетических волокон. Механические параметры компонентов близки, поэтому происходит взаимная диффузия компонентов и возможны химические реакции между ними. Поэтому материалы имеют стабильные во времени механические свойства, хорошо работают при повышенной влажности и повышенных климатических температурах. Композиты применяются как корпусной материал машин, работающих в тропическом и субтропическом климате.

Композиционные материалы с металлической матрицей

Для алюминиевых и магниевых МВКМ применяют волокна: борные (св = 2500—3500 МПа, ?=38—420 ГПа); углеродные (ов = 1400— 3500 МПа, ? = 160—450 ГПа); из карбидов кремния (св = 2500— 3500 МПа, ?=450 ГПа), карбидов, нитридов и оксидов тугоплавких металлов; высокопрочную сталь. Для армирования титана и его сплавов применяют молибденовую проволоку, волокна сапфира, карбида кремния, борида титана. Для жаропрочных никелевых МВКМ применяют волокна из вольфрамовой или молибденовой проволоки.

Контрольные вопросы

  • 1. От каких факторов зависят свойства композиционных материалов?
  • 2. Что такое матрица композиционного материала?
  • 3. Как располагается наполнитель в волокнистых КМ?
  • 4. Что такое слоистые КМ?
  • 5. Что такое порошковые материалы?
  • 6. В чем разница между пористыми и компактными ПМ?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >