Композиционные материалы

Композиционными (КМ) называют сложные материалы, в состав которых входят сильно отличающиеся по свойствам( нерастворимые или малорастворимые один в другом) компоненты, разделенные в материале ярко выраженной границей. По удельной прочности и жесткости при высоких температурах, сопротивлению усталостному разрушению и другим свойствам КМ значительно, в два-три раза и более, превосходят все известные конструкционные сплавы. Трудности возникают при соединении деталей из КМ в изделии. Поэтому стремятся по возможности придать детали из КМ форму, максимально приближающуюся к форме готовых деталей. Уровень заданного комплекса свойств КМ проектируется заранее и реализуется в процессе его изготовления.

Свойства КМ в основном зависят от физико-механических свойств компонентов и прочности связи между ними.

Основой КМ (матрица) служат металлы или сплавы (их называют КМ на металлической основе: Al, Ni, и другие), или полимеры, углеродные или керамические материалы (называют КМ на неметаллической основе: керамика, полимеры, и другие). Матрица связывает композицию, придает ей форму, в значительной мере определяет свойства КМ.

В матрице равномерно распределены остальные компоненты, их называют наполнители (иногда упрочнители), которые и определяют, в основном, прочностные свойства КМ. В литературе упрочнители называют иногда более широким понятием – армирующий компонент.

Наполнители могут быть в виде отдельных мелких частиц (нуль-мерные наполнители), такие КМ называют дисперсионно-упрочненными; в виде волокон (одномерныенаполнители) – такие КМ называют волокнистыми, например волокнистые пластмассы; двумерными – такие КМ называют слоистыми (например, текстолит).

В качестве наполнителя в КМ могут быть использованы ориентированные кристаллы, образующиеся в процессе направленной кристаллизации. Такие КМ называют эвтектическими. Эвтектические КМ могут иметь различные электрические, магнитные свойства в разных направлениях (анизотропные эвтектические КМ), их применяют в приборостроении при изготовлении ряда электронных устройств (бесконтактные выключатели, магнитные устройства и другие.)

В КМ применяют различные схемы армирования (рисунок 19), их получение определяется видом наполнителя и его процентным содержанием.

Для армирования по линейной схеме используют нуль-мерные и одномерные наполнители. Расстояния между нуль-мерными наполнителями по оси ох значительноменьше, чем по другим осям (рисунок 19,а).

Для армирования по плоскостной схеме используют нуль-мерные, одно- и двухмерные наполнители. Частицы располагаются в параллельных плоскостях, образуя волокна (рисунок 19,б).

При армировании по объемной схеме нет преимущественного направления наполнителя, в его распределении используют нуль-мерные и одномерные наполнители (рисунок 19,в).

Применяют КМ для изготовления деталей различного назначения: лопасти винтов вертолетов, гребные винты, камеры сгорания реактивных двигателей, лопатки турбин, корпуса и детали машин и приборов, подшипников скольжения, сепараторов скоростных шарикоподшипников и другие. Подробнее о КМ в литературе [1,3,7].