Теория КМ, армированных волокнами, строится на предположении, что волокна равномерно распределены по объёму матрицы, однородно и жёстко сцеплены с ней и на поверхности раздела волокно-матрица не проскальзывания. В этом случае нагрузка распределяется между волокнами и матрицей РКМ = Рматр.+ Рвол., а деформация композиции, волокон и матрицы одинакова εКМ = εматр. = εвол.
При малых значениях объёмной доли Vвол. Прочность КМ ниже прочности матрицы, т.к. волокна быстро нагружаются до предельных напряжений и разрываются, разрушаются. Начиная с Vкрит. Прочность КМ возрастает, достигая при Vвол. = V0 прочности матрицы ( «0» основа).
При объёмной доле Vвол. ≥ 80%, мехсвойства КМ снижаются, т.к. матрица не в состоянии смочить и пропитать каждое волокно, ухудшается сцепление волокна с матрицей и появляется проскальзывание.
Для армирования Al применяют следующие материалы: тонкую высокопрочную проволоку из стали, W, Mo, Ti; стекловолокно, волокна из углерода, бора, волкнистые монокристаллы оксида Аl, карбида кремния.
Соединение металла матрицы с металлическим волокном чаще всего сопровождается химическим взаимодействием, в результате которого образуются интерметаллидные фазы, обеспечивающие надёжное сцепление между волокнами и матрицей.
В волокнистых КМ основную нагрузку несут волокна, а роль матрицы к равномерной передаче этой нагрузки на волокна.
Получение волокнистых КМ. В зависимости от размеров, профиля и природы составляющих компонентов, волокнистые КМ изготавливаются различными способами: прокаткой, волочением. (Оптимальные режимы определяются экспериментально). Применяется прессование при высоких температурах и сварки взрывом. Применяется метод пропитки каркаса волокон расплавом матрицы и метод получения КМ направленной кристаллизации расплава эвтектических сплавов.
КМ на основе Аl – армирование Аl и его сплавов стальной проволокой (КАС)
КМ: матрица – АД, АМг6.
Материал (проволока) – Х18Н9Т, ЭП322. Прочностные показатели в таблицах справочников.
КМ системы алюминий-бор сочетают в себе высокие показатели прочности и жёсткости, присущие борному волокну. Армирование бором повышает прочность в 10 – 12 раз, Е - (модуль упругости) в 3 … 4 раза.
Промышленное применение находит бороалюминий (ВКА-1), содержащий 50% (объёмных) бороволокон, рабочей температурой сплава 20 … 500 ºС.
КМ с углеродными волокнами (КАУ) – пропитка волокна под давлением расплавом литейного сплава АЛ-2.
КМ на основе магния (технологические трудности), низкая свариваемость, низкая деформируемость. КМ на основе Ti и его сплавов (волокнами бора, SiC, Al2O3).
3. Слоистые КМ. Слоистые КМ состоят из 2-х и более слоёвили пластин различных материалов, соединённых друг с другом прочной связью: прокаткой, прессованием, сваркой взрывом, пайкой твёрдым припоем.
§2. КМ на полимерной матрице.
К КМ на неметаллической основе относятся материалы, где в качестве связующего используются термореактивные смолы – эпоксидные, кремнийорганические, разновидности фенолформальдегидных, некоторые термопласты. В качестве армирующей составной части используются высокопрочные волокна, частицы, носящие общее название – наполнители.
Срок службы вертолётных лопастей из КМ увеличивается в несколько раз по сравнению с металлическими.
Дополнительно о композиционных материалах см.
ББК 34.43. Тарнопольский Юрий Матвеевич,
Т21 Жигун Иван Григорьевич,
УДК 620.18 (035). Поляков Валерий Аркадьевич.
Пространственно-армированные композиционные материалы
(Справочник специалиста)
М.: Машиностроение, 1987. – 224.
(… изложены методы расчёта упругих свойств композиционных материалов с пространственными схемами армирования. Приведены упругие, теплофизические и прочностные характеристики пространственно-армированных композиционных материалов с разной структурой армирования).
16. Методы изготовления композитов
Образование некоторой композитной системы из волокна и матрицы происходит в ходе технологического процесса. Предпочтительность того или иного процесса определяется его производительностью, конструктивными особенностью изделия и экономическими показателями. Технология изготовления композитов в основном определяется матрицей. Рассмотрим некоторые из них.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.