ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Пермский государственный технический университет

Пермский государственный технический университет

Кафедра сварочного производства и технологии конструкционных материалов

 

 

	²УТВЕРЖДАЮ² Заведующий кафедрой д.т.н., профессор _______________ Ю.Д. Щицын   ²_____² ______________ 20__ г

 

 

ЛЕКЦИЯ № 11

 

По дисциплине

 

Технология конструкционных материалов

 

 

Аэрокосмический факультет

(для специальности ЛА, РКТ, ЭМС)

Тема: «Понятие композиционных материалов»

(наименование темы лекции)

 

	Кандидат технических наук, доцент (фамилия и инициалы автора) Долинов Д.Л.
		Обсуждены на заседании кафедры ² ² ________20 ___ г Протокол №

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

Приветствие, проверка наличия и готовности студентов к занятию, соблюдения порядка в аудитории. Обоснование актуальности и объявление темы, цели, учебных вопросов лекции, ее значимости для выбранной профессии Доведение литературы по материалу лекции.

 

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:

 

Понятие и состав композитов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Доведение основных выводов по теме лекции и ее значение для будущей профессиональной деятельности. Доведение задания на самоподготовку, ответы на вопросы.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Фетисов Г.П. и др. Материаловедение и технология металлов. – М.: «Высшая школа», 2001. – 638 с.

1. Солнцев Ю.П. и др. Материаловедение и технология конструкционных материалов. – М.: МИСиС, 1996. – 576 с.
2. Губарева Э.М. Основы технологических процессов получения изделий (заготовок) различными способами: учеб. Пособие. – Пермь, ПГТУ, 2007. – 214 с.

 

УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:

 

1. Наглядные пособия:

- Комплект слайдов по теме лекции, плакаты.

 

2. Технические средства обучения:

- Графопроектор.

 

3. Приложения:

__________________________________________

(при необходимости)

 

ТЕКСТ ЛЕКЦИИ

Первый учебный вопрос.

Понятие и состав композитов (КМ).

КМ – материалы сложного состава, которые получают путем объемного сочетания разнородных компонентов с границей раздела между ними.

Компонент непрерывный в объеме КМ называется матрицей. Компонент, распределенный в матрице, называется наполнителем или арматурой.

Наполнители – в основном дисперсные или коротковолокнистые вещества, введение которого в матрицу позволяет повысить прочность материала в 1,5-2 раза по сравнению с прочностью матрицы.

Арматура (армирующая элемента (АЭ)) – волокна ткани, которые при соответствующем содержании в композиции повышают прочность материала в 2-10 раз по сравнению с прочностью матрицы.

В КМ могут находиться как наполнители, так и АЭ.

* КМ, имеющие одинаковые свойства во всех направлениях, называются изотропными. К ним относятся наполненные порошками, короткими волокнами или чешуйками композиты.

* КМ, свойства которых не одинаковы во всех направлениях, называются анизотропными. Композиты с АЭ в виде непрерывных волокон, пластин, тканей, сеток.

* Широкое применение в технике нашли комбинированные КМ или гибридные. Полиармированные, т.е. содержащие 2 или более АЭ, и полиматричные, имеющие 2 или более матриц. Гибридные КМ изготавливают одновременно с изделием. При этом соответствующий компонент (матрицу или АЭ) вводят в заданное место конструкции, где наиболее полно реализуются его свойства.

Композиционные материалы называют по виду арматуры, наполнителя или матрицы (графитопласты, стекловолокниты, боропластики и т.д.)

КПМ (полимерные)

Эти материалы содержат в качестве матрицы полимерное связующее, которое объединяет все компоненты материала в единую структуру (см. ПЛАСТМАССЫ)

*К полимерным относят композиты, которые в качестве наполнителя содержат металлические порошки. Порошковые наполнители придают композиционной пластмассе дополнительные функциональные свойства:

- железо и никель – ферромагнетизм.

-алюминий и медь – низкая газопроницаемость

-свинец, кадмий, вольфрам – способные поглощать излучения высоких энергий.

*Графитопласты – КПМ, содержащие в качестве наполнителя природные и искусственные графиты (кокс). АТМ – 2 – графитонаполненный материал на основе

КМ на металлической матрице.

Дисперсно-упрочненные материалы.

Если в металлическом материале равномерно распределены частицы упрочняющей фазы размером от 1 до 100 нм, которые занимают до 15% объема материала, то матрица воспринимает основную часть вн. нагрузки, которая приложена к АМ, а роль частиц сводится к эффективному сопротивлению движению дислокаций в кристаллическом зерне матрицы.

Такие КНМ обладают высокой температурной стабильностью, что обеспечивает сохранение высокой прочности до температур 0,7-0,8 Т_пл матрицы.

Эти материалы получают методом порошковой металлургии. Примерами таких материалов являются материалы на матрице из алюминия. Их чаще армируют оксидами или карбидами (САП – спеченный алюминиевый порошок). Формируется из алюминиевых частиц, которые покрыты оксидной пленкой. В процессе ТО смеси такого порошка и сажи происходит образование карбида Al₄C₃.

Получается хороший сплав с высокими механическими свойствами.

Дисперсно-упрочненные стали.

Для их упрочнения служат оксиды. Материалы на основе стали, упрочненные оксидами, приобретают жаропрочность и стабильные характеристики электропроводности. К дисперсно-упрочненным КММ относятся псевдо-упрочненные сплавы, которые состоят из металлов и неметаллов.

Прессовки в этом случае подвергают пропитке в расплаве легкоплавкого компонента или подвергают жидкофазному спеканию (см. ОСНОВЫ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ).

Материалы на основе вольфрама и меди сочетают высокую твердость, прочность и электропроводность. Они применяются для изготовления электрических контактов и в ракетостроении. Такое же назначение имеет псевдосплав молибден-медь.

Существует много псевдосплавов на основе железа.

Железо-медь-углерод

Железо-марганец-медь

магний-бериллий

магний-никель

магний-цирконий

КММ армированные волокнами.

В них эффективно используются высокие механические свойства волокон.

Заранее проектируемая анизотропия свойств обуславливает оптимальные характеристики техничсеких изделий.

Номенклатура волокн. КММ включает материалы на матрице из алюминия, магния, алюминия, титана, меди, никеля, кобальта.

Их армируют волокнами бора, карбида кремния, оксида алюминия углеродными волокнами, проволоками из стали, титана …

При этом матрицы не реагируют с АЭ, т.е. они с ними совместимы.

Их отличают высокая прочность, жаропрочность, стойкость к радиации, тепло- и электропроводность, низкая плотность, что позволяет использовать их в авиационной и других видах техники.

Керамические композиционные материалы (ККМ)

К ККМ относятся материалы, у которых матрица выполнена из керамического материала на основе оксидов металлов (Al₂O₃, ZrO₂, CaO, MgO, BeO, UO₂) и безоксидных соединений типа карбидов, нитридов, силицидов и т.д.

Типичным представителем ККМ на основе дисперсных материалов являются керамико-металлические материалы, которые называют керметами. Они представляют собой композиции одной или нескольких керамических фаз с металлами.

Их получают методами порошковой металлургии.

Материалы, в которых керамическая фаза улучшает свойства металла называются инфракерметами, а материалами, в которые для улучшения свойств добавляют металлы называют ультракерметами. (термич. совместимость, хорошая адгезия на границе фаз).

К числу наиболее распространенных керметов относятся материалы на основе оксидов алюминия и тугоплавких металлов (W, Mb, Ta, Ni)

Металлическими компонентами в основном являются кобальт и никель.

Диспресными КММ широко применяют для изготовления режущего предмета.

Углерод-Углеродные композиционные материалы (УУКМ)

УУКМ называются материалы, состоящие из углеродного армирующего каркаса и матрицы из монолитного углерода.

Армирующий каркас ткут из углеродных нитей, стремясь к наиболее плотной укладке.

Бывает одноосное, двухосное, многоосное расположение нитей.

Их обозначают д.

Применяют также параллельную укладку тканей, в которых прошиты нити.

Каркасы из углеродных лент

В матрицу вводят каркас жидким и газофазным способом.

Жидкофазный способ заключается в пропитке каркаса в вакууме или под давлением. После отверждения (полимеризации) заготовку карбонизуют, т.е. нагревают до 600-1000˚С в инертной атмосфере. Эту операцию неоднократно повторяют для получения необходимой плотности, а затем структуру углерода переводят в структуру плотного графита при температуре 2600-2800˚С. Эту операцию называют графитацией.

Газофазный способ заключается в разложении природного газа при низких давлениях в порах армирующего каркаса с образованием пироуглерода по реакции

Пироуглерод оседает на волокнах каркаса при температуре 800-900˚С. После получения матрицы ее подвергают графитации.

УУКМ обладают коррозионной стойкостью, используются в ракетно- и самолетостроении, в качестве электродов.

Вывод: Совмещение в одном технологическом процессе термообработки и пластической деформации позволяет еще больше воздействовать на структуру, а значит получать заданные физ-мех свойства.

Заключение.

Таким образом, в лекции изучены общие вопросы сварочного производства.

Задание на самоподготовку: повторить материал по конспекту и литературе.

	Разработал: кандидат технических наук, доцент __________________ Д.Л. Долинов ²_____² __________________ 20__г.