Композиционные материалы и их использование в качестве конструкционных элементов, страница 2

133

свободном состоянии — в форме углеродного волокна.

ДНАКО существует серьезный недостаток, из-за которого эти вещества редко используют в качестве конструкционных материалов они слишком хрупки. Небольшой царапины или внутреннего дефекта достаточно для образования трещины, которая может разрушить все изделие, поэтому теоретическая прочность этих материалов достигается редко. Трудно представить, чтобы они были совершенно свободны от дефектов или оставались таковыми долго при эксплуатации изделия.

Когда такой материал производится в форме мелких частиц или тонких волокон (более общий случай), его полезная прочность становится гораздо выше. Например, оконное стекло — достаточно непрочный материал (изза способности разбиваться), но стеклянная нить из тонких волокон имеет прочность на растяжение более 3 млрд. паскалей. [1 паскаль (Па) сила в один ньютон, распределенная по площади 1 м².] Для сравнения — прочность на растяжение обычной стали составляет 0,5 млрд. Па. Заметное увеличение прочности на микроуровне обусловлено статистическими факторами; вероятность того, что образец материала содержит дефект, достаточно большой, чтобы вызвать хрупкое разрушение, падает с уменьшением размера образца. Кроме того, если в стеклянной нити разрушилось одно волокно, дефект дальше не распространяется и не затрагивает остальные волокна. И наоборот, образовавшись в таком же объеме гомогенного материала, трещина может привести к его полному разрушению.

Тонкие нитевидные кристаллы

так называемые «усы», состоящие из материалов типа карбида кремния и оксида алюминия, содержат меньше дефектов, и поэтому они более прочны, чем монолитный материал. Кроме статистических факторов здесь играет роль и то, что «усы» являются монокристаллами, которые

прочным и жестким. Некоторые полимерные молекулы имеют стержнеобразную форму и легко ориентируются нужным образом, когда полимер вытягивают в волокно; на этом эффекте основано производство ара-