11.2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Механические свойства волокнистых композиционных материалов

В Табл. 11.1 приведены механические свойства обычно применяемых в композитах волокон и нитевидных монокристаллов (усов). Нитевидные монокристаллы отличаются от волокон тем, что выращиваются как отдельные кристаллики, прежде чем появляются поликристаллы в виде волокон. В Табл. 11.2 приведены свойства некоторых волокнистых композиционных материалов. А в Табл. 11.3 приведены некоторые данные о критической длине прерывистых волокон в матрице.

Табл. 11.1. Механические свойства волокон

Волокно

Плотность

[103,кгм~3[

Модуль растяжения

|ГПа]

Предел прочности при растяжении [МПа]

Стекла

Е-стекло

2.5

2.5

S-стекло

2.5

4.6

Кремнезем

2.2

5.9

Поликристаллические материалы

Глинозем

3.2

2.1

Бор

2.6

2.8

Углерод

1.8

2.6

Карбид кремния

4.1

2.1

Нитевидные монокристаллы (усы)

Глинозем

3.9

1550

20.8

Карбид бора

2.5

6.9

Графит

2.2

20.7

Карбид кремния

3.2

Нитрид кремния

3.2

7.0

Металлы

Молибден

10.2

2.2

Сталь

7.7

4.2

Вольфрам

19.3

2.9

Табл. 11.2. Механические свойства волокнистых композиционных материалов

Состав

Плотность

[М^кгм-3!

Модуль растяжения

[ГПа]

Предел прочности при растяжении [МПа]

Полимерные матрицы

Эпоксидная смола + 14% алюминия (усы)

1.6

Табл. 11.2 (окончание)

Состав

Плотность [103*кг*м 3[

Модуль растяжения

[ГПа]

Предел прочности при растяжении [МПа]

Эпоксидная смола + 35% нитрида кремния (усы)

1.9

Эпоксидная смола + 58% углерода

1.7

1520

Эпоксидная смола + 72% Е стекла

2.2

1640

Эпоксидная смола + 72% S стекла

2.1

1900

Нейлон 66 + 30% стекла

1.4

-

Полиацеталь + 20% стекла

1.6

-

Поликарбонат + 20% стекла

1.4

-

Полиэтилен + 20% стекла

1.1

-

Полипропилен +20% стекла

1.1

-

Полиэфир +65% Е стекла

1.8

Металлические матрицы

Алюминий + 50% бора

2.7

1140

Алюминий + 47% кремнезема

-

-

Медь + 50% вольфрама

14.1

1210

Медь + 77% вольфрама

-

-

1800

Никель + 8% бора

-

-

2700

Никель + 40% вольфрама

-

-

1100

Табл. 11.3. Критические длины волокон в матрице

Волокно

Диаметр волокна [мм]

Матрица

Критическая длина [мм]

Алюминиевые усы

Эпоксидная смола

0.5

Бор

Алюминий

1.8

Бор

Эпоксидная смола

3.5

Углерод

Эпоксидная смола

0.2

Стекло

Эпоксидная смола

0.4

Стекло

Полиэфир

0.5

Вольфрам

2000

Медь

Механические свойства древесины

В Табл. 11.4 приведены приближенные механические свойства обычной древесины.

Табл. 11.4. Механические свойства древесины

Древесина

Плотность

[103*кгм_3]

Модуль упругости

Предел прочности при растяжении [МПа]

Прочность при сжатии

=

=

Ясень

0.58

0.9

Бук

0.70

1.1

-

-

Кедр (красный)

0.47

-

Вяз

0.50

-

Красное дерево

0.50

0.6

-

-

Дуб

0.65

-

Сосна(белая)

0.36

-

Ель

0.40

0.6

Тиковое дерево

0.60

-

-

-

Примечание:

= — параллельно волокнам, _L — перпендикулярно волокнам.

Глава двенадцатая

Электрические свойства

12.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ Проводники

Электроны в изолированных атомах занимают дискретные уровни энергии. Однако в твердом теле, представляющем собой совокупность атомов, атом не может уже считаться в изоляции от других атомов и электроны атомов находятся теперь под влиянием не только их собственных ядер, но также и соседних атомов. Таким образом, в твердом теле дискретные уровни энергии атомов расширяются, образуя энергетические зоны. Самая верхняя зона энергии, содержащая занятые уровни при температуре О К в твердом теле, называется валентной зоной. Энергетическая зона непосредственно выше валентной зоны, которая содержит вакантные уровни энергии при О К, называется зоной проводимости. Параметры энергетической зоны между валентной зоной и зоной проводимости, называемой запрещенной зоной, зависят от элемента или от соответствующего соединения.

Когда к образцу материала приложена разность потенциалов, то внутри этого материала возникает электрическое поле. В случае хорошего проводника эта разность потенциалов создает ток. Электрическое поле является источником силы у носителей заряда, т.е. электронов в случае металла, и они могут свободно двигаться. Так происходит, если электрическое поле способно переводить валентные электроны на свободные уровни энергии. Исходя из этого модель для хорошего проводника характеризуется отсутствием запрещенной зоны между валентной зоной и зоной проводимости (Рис. 12.1а).


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