ерспективы применения КМ в авиакосмической и ракетной технике.Сравнительные характеристики металлических и Км.
с 1960-х годов существуе настоятельная необходимость в изготовлении прочных, лёгких и износостойких конструкций. Композиционные материалы применяются для изготовления силовых конструкций летательных аппаратов, теплоизолирующих покрытий шатлов. Всё чаще композиты применяются для изготовления обшивок воздушных и космических аппаратов, и наиболее нагруженных силовых элементов. Преимущества композиционных материалов: 1)высокая удельная прочность (в неск раз выше металлич); 2)высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 ГПа); высокая износостойкость; 3)высокая усталостная прочность; 4)из КМ возможно изготовить размеростабильные конструкции. Причём, разные классы композитов могут обладать одним или несколькими преимуществами. Некоторых преимуществ невозможно добиться одновременно. Недостатки композиционных материалов: Большинство классов композитов (но не все) обладают недостатками: 1)высокая стоимость; 2) анизотропия свойств; 3)повышенная наукоёмкость производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны
2. Компоненты КМ.Армирующие материал,Виды армир.м-лов.
Композицио́нный материа́л (компози́т, КМ) — неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, нерастворимых друг в друге,не входящих реакцию др в друге,не диффундирующих, имеющих прочную границу взаимодействия и обладающих св-вами как компонент,так ис в-вами,к-рыми компоненты не обладают.Среди компонент можно выделить армирующие элементы, обеспечивающие необходимые механические характеристики материала, и матрицу (или связующее), обеспечивающую совместную работу армирующих элементов. Армирующий материал - материал, вводимый в связующее, для усиления физико-механических свойств и придания композиции качеств конструкционного материала.
Механическое поведение композита определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора исходных компонентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик. Классификация КМ по Армирующему материалу: 1) КМ на основе неорганических волокон (стекло,базальт и тд); 2) км на основе углеродных волокон; 3) км на основе органоволокон; 4) км на основе металлических волокон (бор,стальные и др); 5)км на основе керамических волокон (SiC и др). Требования,предъявляемые к Армир. Компоненте: 1)прочность (в усл-ях эксплуатации:вибрац,температура,влаж,агрес среды); 2)малая влагопоглощаемость; 3) высокая усталостная прочность (в неск раз превышает металлич).
ехнология изготовления изделий из КМ.
Основные этапы:
1. подготовка компонентов КМ к совмещению
арм.комп: сушка волокон, освобождение волокон от замасливания (химический, термический и комбинированный методы), для адгезии волокна к матрице используются аппреты (сниж-е внут.напряж-й)
матрица: важный параметр – вязкость связующего.
2. Совмещение армирующей и матричной компонент, формирование изделия
существует 2 типа:
- жидкофазное совмещение
- твердофазное совмещение
- напыление, 4. сборка с другими элементами.
еханические характеристики Стекловолокон, Углеволокон, Борных волокон.
1) Стекловолокна (d ≈ 6,5…15 мм) кварц – 99,99999 SO2
Св-ва: 1. Плотность, г/см3 – 2,5; 2. Прочность,МПа – 2000-3000;
3. Модуль упругости,МПа – 71000; 4. Коэф Пуассона ~ 0,23;
5. Коэф Линейного Термического Расширения (КЛТР), 1/град – (4…5)*10-6;
6. Предельная деформация при разрушении (растяж),% ~ 3 %.
2) Углеродные волокна (возобновляемый материал)
Способы получения: 1-ПАН-волокно под высок температурой в инертной среде,все волокна кроме углеродистых выжигаются,атомы группируются в мелкозернистую струк-ру. 2- из мезофазы мазута при 400-450 ° С. 3-из отходов древесины.
Св-ва: 1. Плотность, г/см3 – 1,6…1,9; 2. Прочность,МПа – 2000-4500;
3. Модуль упругости,МПа – 300000-600000; 4. Коэф Пуассона ~ 0,15;
5. Коэф Линейного Термического Расширения (КЛТР), 1/град – вдоль волокон – отрицат,поперек – положит.; 6. Предельное удлинение,% ~ £1 %.
3) Бороволокна (борные волокна)
Св-ва: 1. Плотность, г/см3 – 2,9…3,1; 2. Прочность,МПа – 4500*103;
3. Модуль упругости,МПа – 450*103; 4. Коэф Пуассона ~ 0,11;
5. Коэф Линейного Термического Расширения (КЛТР), 1/град – вдоль волокон – отрицат,поперек – положит.; 6. Предельное удлинение ~ £1 %.
4. Полимерные связующие для композиционных волокон. Требования, предъявляемые к связующим.
КМ – материалы, состоящие как минимум из двух компонент, нерастворимых друг в друге, не входящих в реакцию друг с другом, не диффундирующих, имеющих прочную границу взаимодействия; обладают свойствами как компонент, так и свойствами, которыми компоненты не обладают.
Одна из компонент называется матрицей (связующей), другая – армирующей.
Требования к связующим:
1) прочность;
2) вязкость;
3) текучесть;
4) смачиваемость;
5) адгезия.
Аппреты – вещества, которые добавляются в матричный материал.
Требования к армирующей компоненте:
1) высокая прочность;
2) малая влагопоглощаемость;
3) высокая усталостная прочность.
