Элементы технологии получения композиционных материалов

Современная техника предъявляет повышенные требования к материалам. В первую очередь это касается материалов, используемых в динамических конструкциях, где требуется не только высокая прочность, но и малая масса.

Эффективность динамических конструкций (авиационные, энергетического и космического оборудования) может быть увеличена благодаря повышению конструкционной эффективности материалов. Использование простых материалов не дает желаемого результата, для получения материалов с заданными свойствами требуется сочетание различных компонентов.

Современный подход к созданию конструкций позволяет объединять различные технологии материалов для получения «материалов-конструкций» удовлетворяющих необходимые потребности, такие «материалы-конструкции» можно назвать композиционные материалы (композиции материалов плюс композиции методов).

Композиционные материалы (композиты) представляют собой гетерофазные системы, полученные из двух или более компонентов с сохранением индивидуальности каждого из них. В строении композита выделяют наполнитель (армирующий компонент) и связующее (матрицу).

Определяющее влияние на свойства композита оказывает наполнитель, распределенный в связующем. Матрица связывает композицию (обеспечивает непрерывность), позволяет изготовить необходимую инженерную конструкцию и передавать внешние нагрузки к несущему упрочняющему компоненту. Наполнитель является разделенным компонентом и играет усиливающую или армирующую роль.

Типичные примеры композиционных материалов: алюминиевые сплавы, упрочненные борными или углеродными волокнами; бетон, армированный стальной проволокой; пластмасса, упрочненная стекловолокном; упрочненные нейлоном смолы. Примером естественного композиционного материала является дерево, в котором лигнин упрочнен волокнами целлюлозы.

Для композиционных конструкционных материалов характерны следующие признаки:

· состав и форма компонентов материала определены заранее;

· компоненты присутствуют в количествах, обеспечивающих заданные свойства материала;

· материал является однородным в макромасштабе и неоднородным в микромасштабе (компоненты различаются по свойствам, и между ними существует явная граница раздела);

· полученный композиционный материал обладает свойствами, не присущими индивидуальным компонентам.

Технологический процесс изготовления изделий из композиционных материалов имеет ряд организационных и технологических особенностей.

На первой стадии создания изделия из КМ разрабатывают конструкцию самого изделия, определяют необходимые его эксплуатационные свойства. На второй стадии проводят выбор компонентов КМ, их концентрации, формы и ориентации наполнителя (армирующего волокна). На третьей стадии определяют оптимальные технологические процессы производства, позволяющие получить изделие заданных формы и свойств.

Не существует универсального технологического процесса, пригодного для получения любого изделия из КМ. Неудачный выбор компонентов, ошибки в выборе технологического метода и режимов обработки приводят к получению изделий со свойствами, не отвечающими условиям его эксплуатации. Поэтому получение изделий из КМ это единый взаимосвязанный процесс, в котором получение самого КМ и изделия из него часто происходят одновременно