Армирующие компоненты композиционных материалов


Создание КМ стало возможным благодаря разработке армирующих компонентов, обладающих высокой прочностью, так как напряжения, возникающие в материале, воспринимаются в основном именно ими.
Волокна из металлов и их сплавов - стали, вольфрама, бериллия, молибдена, титана и др. получают различными методами. Наибольшее распространение получил метод волочения, т.е. протягивания проволоки через фильеру меньшего сечения по диаметру, чем исходящая проволока. В результате наклепа волокна приобретают высокую прочность. Так, например, предел прочности стальной струны 2400-3600 МПа, вольфрамовой 4200 МПа, титановой 1500-2000 МПа, бериллиевой 1000-1300 МПа. На прочность волокон оказывает влияние масштабный фактор. Чем меньше диаметр волокна, тем выше прочность. Так, например, предел прочности вольфрамовой проволоки диаметром 0,5 мм равен 2000 МПа, а диаметром 0,05 мм повышается до 3270 МПа. Для армирования жаропрочных КМ волокна изготавливают из тугоплавких материалов - вольфрама и молибдена.
Углеродные волокна получают на основе нефтяных смол. Их можно разделить на две группы:
  1. высокопрочные волокна с пределом прочности 2500…3200 МПа и сравнительно невысоким модулем упругости - 180…220 ГПа,
  2. высокомодульные волокна с пределом прочности 1400…2200 МПа и модулем упругости 350…550 ГПа.

Плотность углеродных волокон низкая - 1,6-2,0 г/см3 . Диаметр волокон 5-12 мкм.
Волокна бора, карбида кремния, оксида алюминия и др. имеют прочность в пределах 2500…4000 МПа. Применяются в качестве армирующих компонентов с алюминиевой, магниевой и титановой матрицами.
Нитевидные кристаллы (усы) в промышленности получаются достаточно сложно. Для КМ используются нитевидные кристаллы оксида алюминия, нитрида алюминия, карбида кремния, нитрида кремния и др. Диаметр нитевидных кристаллов (усов) составляет от долей микрона до нескольких десятков микрон и длину до 60-80 мм. Усы обладают уникально высокой прочностью (таблица).

Таблица -Механические свойства нитевидных кристаллов, полученных в лабораторных условиях

Механические свойства нитевидных кристаллов

В итоге композиционный материал обладает сочетанием свойств:

  1. мягкая матрица обеспечивает материалу высокое сопротивление распространению трещин, т.е. высокие показатели пластичности, ударной вязкости,
  2. прочные волокна обеспечивают материалу высокое сопротивление начальному течению, т.е. высокие показатели прочности.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! На нашем сайте Вы можете заказать решениe заданий по всем разделам материаловедения. Решение предоставляется в печатном виде (в Word) с детальными комментариями.

гарантии решения задач по материаловедению заказать решение задач по материаловедению