Другие предметы \ Материаловедение

Композиционные материалы и их использование в качестве конструкционных элементов, страница 10

Такие однонаправленные слои лишены ударной вязкости. В композитах с металлической матрицей, например, сама матрица может быть достаточно пластичной, и поэтому ударопрочной. Введение в нее плотного ансамбля волокон, с которыми металл прочно связывается, может даже охрупчить его, ограничив возможность диссипировать энергию удара

путем пластической деформации.

серьезному повреждению композита,

Вместо деформации он растрескива-

в котором тот же металл играет роль

ется, а в обычном слоистом композите трещина легко находит путь рас-

матрицы.

пространения между слоями волокон.

ЛЯ УПРОЧНЕНИЯ композитов

В результате этого удар, который в

сразу во многих направлениях и

неармированном металле оставил бы

придания им ударной вязкости недав-

только вмятину, может привести к

но начал разрабатываться метод ар-

ОРИЕНТАЦИЮ ВОЛОКОН в композите, армированном короткими волокнами, можно оценить количественно, используя методику, разработанную в Делаверском университете. Микрофотографию композита используют как дифракционную решетку. Когда свет проходит через негатив микрофотографии, изображения коротких волокон, которые на негативе выглядят как белые штрихи на темном фоне (слева), действуют как щели решетки. Свет, проходя через каждую щель, распространяется под прямыми углами к оси щели; следовательно, дифракционная картина вытянута в направлении, перпендикулярном направлению ориентации волокон. Сопоставляя полученную дифракционную картину (в центре) с картиной, рассчитанной для определенной степени ориентации волокон (справа), легко получить степень ориентации волокон в исследуемом образце. С возрастанием степени ориентации (сверху вниз) свойства композита становятся все более направленными. Например, прочность при растяжении и жесткость композита, армированного короткими волокнами, вдоль оси ориентации имеют максимальные значения.


НАУКИ. 1986/№


мирования различными тканями, плетеными, вязаными и ткаными из армируюгцих волокон. Выбор способа переплетения определяется экономическими затратами, зависимостью прочности от ориентации и гибкостью волокон. Обычный тканый материал упрочняет композит в направлениях основы и утка ткани, т. е. в двух взаимоперпендикулярных направлениях; производство тканей со сложным плетением дороже, но они упрочнены также в ряде промежуточных направлений. При некоторых видах плетения образуются упругие ткани, способные придать композиту добавочную вязкость, хотя и за счет снижения жесткости.

Соединение слоев, армированных «двумерной» тканью, приводит к образованию слоистой структуры с присущими ей недостатками. Чтобы в композите уничтожить ослабляющие слои неармированного материала, ар'мированию можно придать трехмернуго геометрию. Например, углеродные волокна в углерод-углеродном композите обычно располагаются в трехмерном ортогональном переплетении, — переплетении, в котором пучки пряжи ориентированы в трех взаимоперпендикулярных направлениях. Обычно композит, армированный трехмерным ортогональным плетением волокон, после изготовления обрабатывают для придания формы изделию, однако новая технология армирования трехмерными оплетками позволяет прямо формировать сложные изделия в процессе изготовления композита. Таким образом, этот метод не только увеличивает прочность композита, но и уменьшает число стадий изготовления, компенсирует его стоимость и сложность изготовления плетеного армирующего элемента и пропитки плотной ткани металлическим расплавом или смолой.

Недавно проведенные исследования показали, что в композитах с металлической матрицей применение армирования трехмерным плетением дает существенный выигрыш в ударной вязкости. Проведено сравнение ударной вязкости неармированного алюминия, алюминия, армированного однонаправленными волокнами из оксида алюминия, и алюминия, армированного пучками волокон в трехмерном плетении. В то время как пластичный неармированный алюминий поглощал значительные количества энергии удара без разрушения, слоистый композит разбивался при значительно меньших ударных нагрузках.

Скачать файл