Прогресс в создание композиционных материалов

Прогресс  в создание композиционных материалов

                   Московский Государственный Университет

                             им. М.В.Ломоносова 
 
 

                         Факультет наук о материалах 
 
 

                                   Реферат

           Тема: «Прогресс в создании композиционных  материалов». 
 
 

                                                        Студента V курса ФНМ

                                                                Кареева И.Е. 
 
 

                                Москва 2000г.

Содержание. 

Введение....................................................................

...............................2

Композиционные  материалы армированные волокнами................3

  Композиционные  материалы с полимерной матрицей..............5

  Композиционные  материалы с металлической матрицей.......7

  Направления  развития композиционных материалов  армированные

  волокнами........................................................….....9

Композиционный  материал «биокерамика-никелид титана»....10

Роль поверхности  раздела в композиционных материалах..........12

Заключение..................................................................

...........................16

Список

литературы..................................................................

...........17 

Введение. 

      Композиционные  материалы,  представляют   собой   металлические   или

неметаллические  матрицы  (основы)   с   заданным   распределением   в   них

упрочнителей  (волокон дисперсных  частиц  и др.);  при этом   эффективно

используются индивидуальные свойства составляющих композиции.  По  характеру

структуры   композиционные   материалы   подразделяются   на    волокнистые,

упрочненные    непрерывными    волокнами    и    нитевидными    кристаллами,

дисперстноупрочненнные материалы, полученные путем введения в металлическую

матрицу дисперсных частиц упрочнителей, слоистые материалы, созданные путем

прессования  или   прокатки   разнородных   материалов.   К   композиционным

материалам   также   относятся   сплавы   с   направленной   кристаллизацией

эвтектических   структур.   Комбинируя   объемное   содержание,   можно,   в

зависимости  от  назначения,  получать  материалы  с  требуемыми  значениями

прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной  стойкости,  а  также

создавать   композиции   с   необходимыми   магнитными,    диэлектрическими,

радиопоглощающими и другими специальными свойствами.

      Волокнистые   композиционные   материалы,   армированные   нитевидными

кристаллами и  непрерывными  волокнами  тугоплавких  соединений  и  элементов

(SiC, Al2O3, бор, углерод и др.), являются новым классом материалов.  Однако

принципы  армирования  для  упрочнения  известны  в   технике   с   глубокой

древности. Еще  в Вавилоне использовали тростник для  армирования  глины  при

постройке жилищ, а в Древней Греции железными  прутьями  укрепляли  мраморные

колонны при постройке  дворцов и храмов. В 1555-1560 гг. при  постройке  храма

Василия Блаженного в Москве русские  зодчие  Барма  и Постник использовали

армированные железными  полосами каменные  плиты.  Прообразом  композиционные

материалы  являются  широко  известный  железобетон,  представляющий   собой

сочетание бетона, работающего на сжатие и стальной арматуры,  работающей  на

растяжение, а также  полученные в XIX веке прокаткой слоистые материалы.

      Успешному  развитию  современным   КМ   содействовали:   разработка   и

применение в  конструкциях волокнистых  стеклопластиков,  обладающих  высокой

удельной прочностью (1940-1950  гг.).  Открытие  весьма  высокой  прочности,

приближающейся  к теоретической,  нитевидных  кристаллов  и доказательства

возможности использования  их для упрочнения металлических  и  неметаллических

материалов  (1950-1960  гг.),  разработка  новых  армирующих  материалов   –

высокопрочных и  высокомодульных непрерывных волокон  бора,  углерода,  Al2O3,

SiC  и волокон других  неорганических  тугоплавких соединений,  а   также

упрочнителей на основе металлов (1960-1970 гг.).

      Важнейшими  технологическими  методами   изготовления   композиционных

материалов  являются:  пропитка  армирующих  волокон  матричным  материалом;

формирование в  пресс-форме лент упрочнителя и матрицы, получаемых  намоткой;

холодное   прессование   обоих   компонентов   с   последующим    спеканием;

электрохимическое нанесение покрытий на волокна с  последующим  прессованием;

осаждение  матрицы  плазменным  напылением  на  упрочнитель  с   последующим

обжатием;  пакетная  диффузионная  сварка  монослойных   лент   компонентов;

совместная  прокатка  армирующих  элементов  с   матрицей   и   др.   Весьма

перспективны композиционные материалы, армированные нитевидными  кристаллами

(усами) керамических, полимерных  и  др.  материалов.  Размеры  усов  обычно

составляют от долей до нескольких мкм. По диаметру и  примерно  10-15мм.  по

длине[4]. 
 

Композиционные  материалы армированные волокнами. 

      Период  1974-1978  гг.  явился  началом   нового   этапа   в   развитии

конструкционных  композиционных  материалов,   армированных   волокнами.   В

области материаловедения это характеризуется завершением  изучения  «простых»

механических   свойств   композиционные   материалы.    Созданием    методик

исследований  и  испытаний,  разработка  теоретических  основ  механического

поведения  материалов   и   переходом   к   стадии   широкого   комплексного

исследования служебных  характеристик композиционные  материалы  при  сложных

схемах нагружения, наличия концентраторов  напряжений,  совместном  влиянии

механических,  эксплутационных   и   климатических   факторов.   В   области

технологии  проведены  разработки  технологических  процессов   изготовления

типовых деталей  из композиционных материалов. Наметился  переход  к  созданию

специализированного технологического оборудования. Задачами  на  этом  этапе

явилось создание научных основ технологии и разработка  способов  управления

процессом формирования качественных изделий  из  композиционных  материалов,

завершение  работ  по  созданию  высокопроизводительного  оборудования   для

изготовления   и   переработки   композиционные   материалы.    В    области

проектирования  деталей  и  узлов  из  композиционные  материалы этот  этап

характеризуется  преодолением  у  конструкторов  «психологического  барьера»

недоверия к новым  материалам,  началом  разработки  принципов  оптимального

проектирования  конструкции из композиционные материалы,  инженерных  методов

расчета   конструкций   с   использованием   композиционные   материалы.   В

информационной  области наблюдается  переход  к  изданиям  обобщающего  типа.

Таковыми являются,  например,  восмитомная  энциклопедия  по  композиционным

материалам,  справочник  по  методам  испытаний,  свойствам   и   применению

композиционные   материалы   и   др.   В   эти   годы   создано    несколько

специализированных   журналов   по   композиционные   материалы:    «Journal

Composites Materials» - США; «Composites»  -  Великобритания;  «Transactions

of the Japan Society for Composite Materials» - Япония.

      Наиболее  распространены  для  армирования  композиционных  материалов

стеклянные волокна, выпуск которых в США достигает  сотен  тысяч  тонн.  Они

изготавливаются быстрым охлаждением  расплавов  стекломассы,  фиксирующим  в

волокнах  аморфную  структуру однородной  жидкости.  Стекловолокна дешевы,

хорошо   отработан   процесс   изготовления   пластиков   на   их    основе;

стеклопластики  широко применяют в течение последних  20-30  лет  в  изделиях

авиационной  техники,  в  автомобилестроение,  при  производстве  спортивных

товаров и т.п. Основными  недостатками  стеклянных  волокон  является  низкая

жесткость,   не   позволяющая   использовать   стеклопластики   в    силовых

конструкциях ответственного назначения, и  зависимость  свойств  от  внешней

среды, обусловленная гидрофильностью волокон.

      В  последние  годы  для   армирования   полимерных   матриц   начинают

использовать синтетические  органические волокна.  Их  свойства  определяются

типом полимера, условиями  формирования  волокон  и  степенью  ориентации  их

структуры. Наиболее широко применяют полиарамидное волокно.

      Наиболее прочные углеродные  волокна,  представляющие  собой   продукты

карбонизации    исходных    углеродсодержащих    волокон,    получают     из

полиакрилонитрильного,  вискозного  и  пекового  сырья.  Углеродные  волокна

состоят из графитоподобных микро фрагментов, объединяемых зонами с  аморфным

и турбостратным углеродом, и содержат  в своем составе практически лишь

атомы углерода. Своеобразие  этих волокон заключается в том, что  организация

графитоподобных фрагментов отражает структуру органического полимера.

      В связи усилившимся за  последнее   время  интересом  к  композиционные

материалы  с  металлическими  матрицами  проводится  интенсивная  работа  по

созданию совместимых  с металлами волокон из карбида  кремния, окиси  циркония

или алюминия. 

Композиционные  материалы с полимерной матрицей

      50-летний опыт технологической  работы  со  стеклопластиками,  показал,

что способы изготовления полимерных композиционных материалов с  углеродными

и борными волокнами  в  достаточной  степени  отработаны.  Изучены основные

механические  характеристики  угле  -  и боропластиков,  накоплен  опыт  их

опробования и  летной эксплуатации в деталях, не  являющихся  критическими  с

точки зрения безопасности конструкции. Расширение  внедрения  композиционных

материалов с  полимерной  матрицей  несколько  сдерживается  недостаточностью

знаний о  механизме  разрушения  и  свойствах  композиционных  материалов  в