Классификация композитов по виду армирующего наполнителя. Характеристика недостатков композиционных материалов: стоимость, анизотропия свойств, низкая ударная вязкость, высокий удельный объем, гигроскопичность, токсичность. Области применения композитов.
Аннотация к работе
Однако, композиты вовсе не новое явление, а только новый термин, сформулированный материаловедами для лучшего понимания генезиса современных конструкционных материалов. Например, в Вавилоне использовали тростник для армирования глины при постройке жилищ, а древние египтяне добавляли рубленную солому в глиняные кирпичи. В 1555-1560 при постройке храма Василия Блаженного в Москве русские зодчие Барма и Постник использовали армированные железными полосами каменные плиты. Существуют природные аналоги композиционных материалов - древесина, кости, панцири и т.д. Композиционные материалы - это искусственные материалы, получаемые сочетанием компонентов с различными свойствами.Композиты обычно классифицируются по виду армирующего наполнителя: · волокнистые (армирующий компонент - волокнистые структуры); Также композиты иногда классифицируют по материалу матрицы: · композиты с полимерной матрицей , · композиты с керамической матрицей , · композиты с металлической матрицей , · композиты оксид-оксид . Главное преимущество композиционных материалов в том, что материал и конструкция создается одновременно. Стоит сразу оговорить, что композиционные материалы создаются под выполнение данных задач, соответственно не могут вмещать в себя все возможные преимущества, но, проектируя новый композит, ему задают характеристики значительно превосходящие характеристики традиционных материалов.Композиционные материалы имеют достаточно большое количество недостатков, которые сдерживают их распространение. Высокая стоимость композиционных материалов обусловлена высокой наукоемкостью производства, необходимостью применения специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы. В случае легких изделий, изделий сложной формы, коррозионно-стойких изделий, высокопрочных диэлектрических изделий композиты оказываются в выигрыше. Изза анизотропии применявшегося композиционного материала вертикальное оперение было спроектировано с коэффициентом запаса прочности кратно превосходящим стандартный в авиации коэффициент 1,5, что в итоге привело к тому, что композитное вертикальное оперение Миг-29 оказалось равным по весу конструкции классического вертикального оперения, сделанного из дюралюминия . Кроме этого, низкая ударная вязкость обуславливает высокую повреждаемость изделий из композиционных материалов, высокую вероятность возникновения скрытых дефектов, которые могут быть выявлены только инструментальными методами контроля .Товары широкого потребления: · Железобетон - один из старейших и простейших композиционных материалов · Удилища для рыбной ловли из стеклопластика и углепластика Композиты надежно обосновались в спорте: для высоких достижений нужны высокая прочность и малый вес, а цена особой роли не играет: · Велосипеды · Оборудование для горнолыжного спорта - палки и лыжи Пластиковая матрица служит для хорошей заполняемости, наполнитель из стеклянных частиц повышает износостойкость.Композиционные материалы - многокомпонентные материалы, состоящие из пластичной основы - матрицы, и наполнителей, играющих укрепляющую и некоторые другие роли. Между фазами (компонентами) композита имеется граница раздела фаз. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, применяя специальные дополнительные реагенты и т.д., получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Наполнитель, как правило, определяет прочность, жесткость и деформируемость композита, а матрица обеспечивает его монолитность, передачу напряжений и стойкость к различным внешним воздействиям. В настоящее время в область композиционных материалов (композитов), принято включать разнообразные искусственные материалы, разрабатываемые и внедряемые в различных отраслях техники и промышленности, отвечающие общим принципам создания композитных материалов.
Введение
Понятие композиционных материалов сформировалось в середине прошлого, 20 века. Однако, композиты вовсе не новое явление, а только новый термин, сформулированный материаловедами для лучшего понимания генезиса современных конструкционных материалов.
Композиционные материалы известны на протяжении столетий. Например, в Вавилоне использовали тростник для армирования глины при постройке жилищ, а древние египтяне добавляли рубленную солому в глиняные кирпичи. В Древней Греции железными прутьями укрепляли мраморные колонны при постройке дворцов и храмов. В 1555-1560 при постройке храма Василия Блаженного в Москве русские зодчие Барма и Постник использовали армированные железными полосами каменные плиты. Прямыми предшественниками современных композиционных материалов можно назвать железобетон и булатные стали.
Существуют природные аналоги композиционных материалов - древесина, кости, панцири и т.д. Многие виды природных минералов фактически представляют собой композиты. Они не только прочны, но обладают также превосходными декоративными свойствами.
Композиционные материалы - это искусственные материалы, получаемые сочетанием компонентов с различными свойствами. Одним из компонентов является матрица (основа), другим - наполнители (волокна, частицы). В качестве матриц используют полимерные, металлические, керамические и углеродные материалы. Наполнителями служат волокна - стеклянные, борные, углеродные, органические, нитевидные кристаллы (карбидов, берилов, нитридов и др.) и металлические проволоки, обладающие высокой прочностью и жесткостью. При составлении композиции эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композиций. Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов, количественного соотношения и прочности связи между ними. Комбинируя объемное содержание компонентов, можно, в зависимости от назначения, получать материалы с требуемым и значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости или получать композиции с необходимыми специальными свойствами, например магнитными и т.п.
Содержание наполнителя в композиционных материалах составляет 20-80% по объему. Свойства матрицы определяют прочность композиционного материала при сжатии и сдвиге. Композиционные материалы имеют высокую прочность, жесткость, жаропрочность и термическую стабильность. Композиционные материалы являются весьма перспективными конструкционными материалами для многих отраслей.
Вывод
Композиционные материалы - многокомпонентные материалы, состоящие из пластичной основы - матрицы, и наполнителей, играющих укрепляющую и некоторые другие роли. Между фазами (компонентами) композита имеется граница раздела фаз.
Матрицами в композиционных материалах являются металлы, полимеры, цементы и керамика. В качестве наполнителей используются самые разнообразные искусственные и природные вещества в различных формах (крупноразмерные, листовые, волокнистые, дисперсные, мелкодисперсные, микродисперсные, наночастицы). Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, применяя специальные дополнительные реагенты и т.д., получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств.
Наполнитель, как правило, определяет прочность, жесткость и деформируемость композита, а матрица обеспечивает его монолитность, передачу напряжений и стойкость к различным внешним воздействиям.
Особое место занимают декоративные композиционные материалы, имеющие выраженные декоративные свойства.
Сочетание разнородных веществ, приводит к созданию нового материала, свойства которого существенно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Т.е. признаком композиционного материала является заметное взаимное влияние их новых качест, эффект.
Большое значение расположение элементов композитного материала, как в направлениях действующих нагрузок, так и по отношению друг к другу, т.е. упорядоченность. Высокопрочные композиты, как правило, имеют высокоупорядоченную структуру.
В настоящее время в область композиционных материалов (композитов), принято включать разнообразные искусственные материалы, разрабатываемые и внедряемые в различных отраслях техники и промышленности, отвечающие общим принципам создания композитных материалов.
Известны также многокомпонентные композиционные материалы, в т.ч.: полиматричные, когда в одном композиционном материале сочетают несколько матриц, гибридные, включающие несколько разных наполнителей, каждый из которых имеет свою роль.
Разрабатываются композитные материалы со специальными свойствами, например радиопрозрачные материалы и радиопоглощающие материалы, материалы для тепловой защиты орбитальных космических аппаратов, материалы с малым коэффициентом линейного термического расширения и высоким удельным модулем упругости и другие.
Композиционные материалы используются во всех областях науки, техники, промышленности, в т.ч. в жилищном, промышленном и специальном строительстве, общем и специальном машиностроении, металлургии, химической промышленности, энергетике, электронике, бытовой технике, производстве одежды и обуви, медицине, спорте, искусствах и т.д.
Почему интерес к композиционным материалам проявляется именно сейчас? Потому, что традиционные материалы уже не всегда или не вполне отвечают потребностям современной инженерной практики.
Список литературы
1. Волоконные композиционные материалы: Пер. с англ. / Под ред. Дж. Уиктна, Э. Скала. М.: Металлургия, 2011. 240 с.
2. Современные композиционные материалы: Пер. с англ. / Под ред. Л. Браутмана, Р. Крока. М.: Мир, 2010. 672 с.
3. Углеродные волокна и углекомпозиты: Пер. с англ. / Под ред. Э. Фитцера. М.: Мир, 2011. 336 с.
4. Берлин А. Современные полимерные композиционные материалы (ПМК) // Соросовский Образовательный Журнал. 2012. №1. С. 57-65.
5. Справочник по композиционным материалам: В 2 кн.: Пер. с англ.: / Под ред. Дж. Любина. М.: Машиностроение, 2012. Кн. 1. 448 с.; Кн. 2. 584 с.
6. Достижения в области композиционных материалов: Пер. с англ. / Под. ред. Дж. Пиатти. М.: Металлургия, 2012. 304 с.
7.Цирлин Н.К. Непрерывные неорганические волокна для композиционных материалов. М.: Металлургия, 2012. 206 с.