3.    Дисперсно-упрочненные композиционные материалы.

Примерами могут служить алюминиевые сплавы, обработанные на твердый раствор и преципитатно-упрочненные, мар-тенситно-стареющие стали, а также спеченные металлы.

В дополнение к ним имеется целый диапазон слоистых материалов.

В числе примеров можно назвать фанеру, плакированные металлы, пористые металлические структуры, рифленый картон.

Волокнистые композиционные материалы

У армированных волокном композитов основные функции волокон состоят в том, чтобы перенести большую часть прикладываемой нагрузки на композит и таким образом обеспечить прочность. По этой причине волоконные материалы имеют высокие предел прочности и модуль упругости при растяжении. Предъявляемые к матричному материалу (матрице) требования заключаются в высоком сцеплении его с поверхностью волокон, благодаря чему прикладываемая к композиту сила передается на волокна. Они первыми воспринимают напряжение композита, который, в свою очередь, предохраняет поверхность волокон от повреждения и разделяет их друг от друга, препятствуя тем самым распространению разрушения. Волокна могут быть сплошными, отрезками в полную длину композита или короткой длины. Они могут быть вытянуты в одном направлении, задавая направленность свойствам композита, или ориентированы случайным образом.

Армированные частицами материалы

Материалы армируются частицами диаметром 1 мкм или более, рассеянными по всей матрице. Частицы часто вводятся до четверти, до половины или даже более по отношению к общему объему композита. Полимерные материалы содержат наполнители. Эффект от частиц наполнителя в материале матрицы состоит в основном в увеличении модуля упругости при растяжении, предела прочности при растяжении, стойкости к удару и уменьшении ползучести и теплового расширения. Общая стоимость материала ниже, поскольку стоимость полимера больше, чем стоимость наполнителя.

Жесткость некоторых полимеров может быть увеличена при введении в полимерную матрицу тонких резиновых частиц. Например, полистирол становится жестче при добавке в него полибутадиена: получается продукт, который называют высокостойким к ударам полистиролом (HIPS). Стирол-акрилонитрил становится жестким с полибутадиеном или стирол-бутадиен сополимером, давая акрилонитрилбутадиенстирол, трехзвенный полимер (ABS). Резина имеет модуль растяжения ниже, чем материал матрицы, и в результате ее добавки модуль растяжения и предел прочности на растяжение получаются меньше, но значительно увеличивается удлинение до разрыва, поскольку возрастает жесткость материала.

Керметы — это композиты, у которых в матрицу металла включены керамические частицы. Керамики обладают высокой прочностью, высоким модулем растяжения, высокой твердостью, но и высокой хрупкостью. По сравнению с ними металлы не имеют столь высоких характеристик, но зато более пластичные. Результирующий же композит крепче, тверже и относительно жестче. (См. Гл. 10 и Связанные керамики для большей деталировки этого типа материала.)

Дисперсно-упрочненные композиционные материалы

Прочность металла может быть увеличена с помощью маленьких частиц, рассеянных по его объему. Один из путей сделать это заключается в обработке на твердый раствор, что следует из преципитатного упрочнения. Такая обработка применяется, например, с мартенситно-стареющими сталями (см. Гл. 3) и сплавами алюминия (см. Гл. 4).

Другой путь, вводящий рассеянием маленькие частицы по всему объему металла, состоит в спекании материала. Этот процесс включает в себя уплотнение измельченного металлического порошка в пресс-форму и затем нагрев его до температуры выше той, которая достаточна для скрепления частиц в порошке. Если это сделать с алюминием, то в результате получится тонкодисперсная окись алюминия, около 10%, повсюду в матрице алюминия. В результате ввиду малого расстояния между частицами увеличиваются прочность, твердость, жаропрочность композиционного материала, но уменьшается его пластичность.


⇐ назад к прежней странице | | перейти на следующую страницу ⇒