Uy Foydali maslahatlar Kompozit mahsulotlarni ishlab chiqarishning ba'zi usullari. Kompozit materiallar ishlab chiqarish texnologiyalari

Kompozit mahsulotlarni ishlab chiqarishning ba'zi usullari. Kompozit materiallar ishlab chiqarish texnologiyalari

Texnologiyaning rivojlanish tarixida ikkita muhim yo'nalishni ajratib ko'rsatish mumkin:

asboblar, inshootlar, mexanizmlar va mashinalarni ishlab chiqish;
materiallarni ishlab chiqish.

Ulardan qaysi biri muhimroq ekanini aytish qiyin, chunki... ular bir-biri bilan chambarchas bog'liq, ammo materiallarni ishlab chiqmasdan texnik taraqqiyot printsipial jihatdan mumkin emas. Tarixchilar ilk sivilizatsiya davrlarini tosh davri, bronza va temir davriga ajratishlari bejiz emas.

Hozirgi XXI asrni allaqachon asrga kiritish mumkin kompozit materiallar(kompozitlar).

Kompozit materiallar tushunchasi o'tgan, 20-asrning o'rtalarida shakllangan. Biroq, kompozitlar umuman yangi hodisa emas, balki faqat zamonaviy konstruktiv materiallarning genezisini yaxshiroq tushunish uchun materialshunoslar tomonidan tuzilgan yangi atamadir.

Kompozit materiallar asrlar davomida ma'lum bo'lgan. Masalan, Bobilda uylar qurishda loyni mustahkamlash uchun qamish ishlatilgan, qadimgi misrliklar esa gil g‘ishtlarga maydalangan somon qo‘shgan. IN Qadimgi Gretsiya Saroy va ibodatxonalar qurilishida marmar ustunlar temir tayoqlar bilan mustahkamlangan. 1555-1560 yillarda Moskvadagi Avliyo Vasiliy sobori qurilishida rus me'morlari Barma va Postnik mustahkamlangan temir chiziqlardan foydalanganlar. tosh plitalar. Zamonaviy kompozitsion materiallarning to'g'ridan-to'g'ri o'tmishdoshlari orasida temir-beton va damas po'latlari mavjud.

Kompozit materiallarning tabiiy analoglari mavjud - yog'och, suyaklar, qobiqlar va boshqalar. Tabiiy minerallarning ko'p turlari aslida kompozitdir. Ular nafaqat bardoshli, balki ajoyib dekorativ xususiyatlarga ham ega.

Kompozit materiallar- plastik asosdan tashkil topgan ko'p komponentli materiallar - matritsa va mustahkamlovchi va boshqa rollarni o'ynaydigan plomba moddalari. Kompozitning fazalari (komponentlari) o'rtasida faza chegarasi mavjud.

Bir-biriga o'xshamaydigan moddalarning birikmasi yangi materialning yaratilishiga olib keladi, uning xususiyatlari uning har bir tarkibiy qismining xususiyatlaridan sezilarli darajada farq qiladi. Bular. kompozitsion materialning belgisi - sezilarli o'zaro ta'sir tarkibiy elementlar kompozitsion, ya'ni. ularning yangi sifati, ta'siri.

Matritsa va plomba tarkibini, ularning nisbatlarini o'zgartirish, maxsus qo'shimcha reagentlar va boshqalarni qo'llash orqali kerakli xususiyatlar to'plamiga ega bo'lgan keng turdagi materiallar olinadi.

Ajoyib qiymat kompozit materialning elementlarini, ham ta'sir qiluvchi yuklarning yo'nalishlari bo'yicha, ham bir-biriga nisbatan joylashishi, ya'ni. tartiblilik. Yuqori quvvatli kompozitlar, qoida tariqasida, juda tartibli tuzilishga ega.

Oddiy misol. Paqirga tashlangan bir hovuch talaş tsement ohak hech qanday tarzda uning xususiyatlariga ta'sir qilmaydi. Agar eritmaning yarmi talaş bilan almashtirilsa, materialning zichligi, uning termofizik konstantalari, ishlab chiqarish xarajatlari va boshqa ko'rsatkichlar sezilarli darajada o'zgaradi. Ammo bir hovuch polipropilen tolalar betonni zarbaga chidamli va aşınmaya bardoshli qiladi va yarim chelak tolalar uni elastiklik bilan ta'minlaydi, bu esa mineral materiallarga xos emas.

Hozirgi vaqtda kompozit materiallar (kompozitlar) sohasiga texnologiya va sanoatning turli sohalarida ishlab chiqilgan va joriy etilgan, yaratishning umumiy tamoyillariga javob beradigan turli xil sun'iy materiallarni kiritish odatiy holdir. kompozit materiallar

Nima uchun kompozit materiallarga qiziqish hozirda paydo bo'lmoqda? Chunki an'anaviy materiallar endi har doim ham zamonaviy muhandislik amaliyoti ehtiyojlariga to'liq javob bermaydi.

Kompozit materiallardagi matritsalar metallar, polimerlar, tsementlar va keramikadir. To'ldiruvchi sifatida turli xil sun'iy va tabiiy moddalar qo'llaniladi. turli shakllar

(katta o'lchamli, choyshab, tolali, dispers, nozik dispers, mikrodispers, nanozarrachalar).

Ko'p komponentli kompozit materiallar ham ma'lum, jumladan:
polimatritsa, bir nechta matritsalar bitta kompozit materialda birlashtirilganda,

gibrid, shu jumladan bir nechta turli plomba moddalari, ularning har biri o'z roliga ega.

To'ldiruvchi, qoida tariqasida, kompozitning mustahkamligini, qattiqligini va deformatsiyalanishini aniqlaydi va matritsa uning mustahkamligini, stressni o'tkazishni va turli xil tashqi ta'sirlarga chidamliligini ta'minlaydi.

Dekorativ xususiyatlarga ega bo'lgan dekorativ kompozitsion materiallar alohida o'rin egallaydi.

Kompozit materiallar fan, texnologiya, sanoatning barcha sohalarida, shu jumladan. uy-joy, sanoat va maxsus qurilish, umumiy va maxsus mashinasozlik, metallurgiya, kimyo sanoati, energetika, elektronika, maishiy texnika, kiyim-kechak va poyabzal ishlab chiqarish, tibbiyot, sport, san'at va boshqalar.

Kompozit materiallarning tuzilishi.

Mexanik tuzilishiga ko'ra kompozitlar bir nechta asosiy sinflarga bo'linadi: tolali, qatlamli, dispersiya bilan mustahkamlangan, zarrachalar bilan mustahkamlangan va nanokompozitlar.

Elyaf kompozitlari tolalar yoki mo'ylovlar bilan mustahkamlanadi. Ushbu turdagi kompozitlardagi kichik plomba tarkibi ham materialning mexanik xususiyatlarining sezilarli yaxshilanishiga olib keladi. Materialning xossalari, shuningdek, tolalarning o'lchamlari va kontsentratsiyasining yo'nalishini o'zgartirish orqali keng miqyosda o'zgarishi mumkin.

Laminatsiyalangan kompozit materiallarda matritsa va plomba moddasi tripleks, kontrplak, laminatlangan yog'och konstruktsiyalar va laminatlangan plastmassalar kabi qatlamlarda joylashtirilgan.

Kompozit materiallarning boshqa sinflarining mikro tuzilishi matritsa mustahkamlovchi moddaning zarralari bilan to'ldirilganligi va ular zarracha o'lchamlari bilan farqlanishi bilan tavsiflanadi. Zarrachalar bilan mustahkamlangan kompozitlarda ularning o'lchamlari 1 mikrondan katta, tarkibi esa 20-25% (hajm bo'yicha), dispersiya bilan mustahkamlangan kompozitsiyalar esa 0,01 dan 0,01 gacha bo'lgan o'lchamdagi 1 dan 15% gacha (hajm bo'yicha) zarralarni o'z ichiga oladi. 0,1 mkm. Nanokompozitlarga kiritilgan zarrachalarning o'lchamlari bundan ham kichikroq va 10-100 nm ni tashkil qiladi.

Ba'zi umumiy kompozitsiyalar

Beton- eng keng tarqalgan kompozitsion materiallar. Hozirgi vaqtda tarkibi va xossalari jihatidan farq qiluvchi betonlarning katta assortimenti ishlab chiqarilmoqda. Zamonaviy betonlar an'anaviy tsement matritsalarida ham, polimerlarda ham (epoksi, poliester, fenol-formaldegid, akril va boshqalar) ishlab chiqariladi. Zamonaviy yuqori samarali betonlar mustahkamligi bo'yicha metallarga yaqin. Dekorativ beton mashhur bo'lib bormoqda.

Organoplastika- plomba moddalari organik, sintetik, kamroq tarqalgan bo'lib, tabiiy va sun'iy tolalar, iplar, matolar, qog'oz va boshqalar ko'rinishidagi kompozitlar. Termosetting organoplastikada matritsa odatda epoksi, poliester va fenolik qatronlar, shuningdek polimidlardir. Organoplastiklar past zichlikka ega, ular shisha va uglerod plastmassalariga qaraganda engilroq va nisbatan yuqori kuchlanishga ega; zarba va dinamik yuklarga nisbatan yuqori qarshilik, lekin ayni paytda past bosim va bükme kuchi. Eng keng tarqalgan organoplastiklarga yog'och kompozit materiallar kiradi. Ishlab chiqarish hajmi bo'yicha organoplastika po'lat, alyuminiy va plastmassalardan oshib ketadi.

IN chet el adabiyoti So'nggi paytlarda yangi atamalar mashhur bo'ldi - biopolimerlar, bioplastikalar va shunga mos ravishda biokompozitlar.

Yog'ochdan yasalgan kompozit materiallar. Eng keng tarqalgan yog'och kompozitlariga arbolitlar, ksilolitlar, tsement zarrachalari, laminatlangan yog'och tuzilmalar, kontrplak va egilgan yopishtirilgan qismlar, yog'och plastmassalar, zarrachalar plitalari va tolali plitalar va nurlar, yog'och presslari va press kukunlari, termoplastik yog'och-polimer kompozitlari.

Shisha tolali- eritilgan noorganik shishadan ishlangan shisha tolalar bilan mustahkamlangan polimer kompozit materiallar. Matritsa sifatida ko'pincha termoset sintetik qatronlar (fenol, epoksi, poliester va boshqalar) va termoplastik polimerlar (poliamidlar, polietilen, polistirol va boshqalar) ishlatiladi. Shisha tolali plastmassalar yuqori quvvatga ega, past issiqlik o'tkazuvchanligi, yuqori elektr izolyatsiyalash xususiyatlariga ega va qo'shimcha ravishda ular radio to'lqinlari uchun shaffofdir. Shisha tolalardan to'qilgan mato plomba sifatida ishlatiladigan qatlamli material shisha tolali shisha deb ataladi.

Karbon tola bilan mustahkamlangan plastmassalar- uglerod tolalari bu polimer kompozitsiyalarida plomba sifatida xizmat qiladi. Uglerod tolalari tsellyuloza, akrilonitril sopolimerlari, neft va ko'mir smolalari va boshqalar asosidagi sintetik va tabiiy tolalardan olinadi. Uglerodli plastmassalardagi matritsalar termoset yoki termoplastik polimerlar bo'lishi mumkin. Shisha tolali plastmassalarga nisbatan uglerod tolasi bilan mustahkamlangan plastmassalarning asosiy afzalliklari ularning past zichligi va yuqori elastik moduli uglerod tolasi bilan mustahkamlangan plastmassalar juda engil va ayni paytda bardoshli materiallardir;

Uglerod tolalari va uglerod matritsasi asosida kompozit uglerod-grafit materiallari yaratiladi - eng issiqlikka chidamli kompozit materiallar (uglerod tolali plastmassalar), inert yoki reduktsiyali muhitda uzoq vaqt davomida 3000 ° C gacha haroratga bardosh bera oladi.

Boroplastika- to'ldiruvchi sifatida bor tolalarini o'z ichiga olgan, termoset polimer matritsasiga o'rnatilgan kompozit materiallar va tolalar monofilamentlar shaklida yoki yordamchi shisha iplar yoki bor iplari boshqa iplar bilan bog'langan lentalar bilan o'ralgan to'plamlar shaklida bo'lishi mumkin. iplar. Bor plastmassalaridan foydalanish bor tolalarini ishlab chiqarishning yuqori xarajati bilan cheklangan, shuning uchun ular asosan aviatsiya va ishlab chiqarishda qo'llaniladi. kosmik texnologiya agressiv muhitda uzoq muddatli yuklarga duchor bo'lgan qismlarda.

Matbuot kukunlari (press aralashmalari). To'ldirilgan polimerlarning 10 000 dan ortiq markalari ma'lum. To'ldirgichlar materialning narxini pasaytirish uchun ham, uni berish uchun ham qo'llaniladi maxsus xususiyatlar. To'ldirilgan polimer birinchi marta 20-asrning boshlarida kashf etgan doktor Baekeland (Leo X. Baekeland, AQSh) tomonidan ishlab chiqarilgan. fenolformdegid (bakelit) smolasini sintez qilish usuli. Bu qatronning o'zi past kuchga ega bo'lgan mo'rt moddadir. Baekeland qatronga qotib qolmasdan oldin tolalar, xususan, yog'och unini qo'shish uning kuchini oshirishini aniqladi. U yaratgan material - bakelit - katta shuhrat qozondi. Uni tayyorlash texnologiyasi oddiy: qisman qotib qolgan polimer va plomba aralashmasi - press kukuni - bosim ostida qolipda qaytarib bo'lmaydigan darajada qattiqlashadi. Ushbu texnologiyadan foydalangan holda birinchi ommaviy mahsulot 1916 yilda ishlab chiqarilgan, bu Rolls-Royce avtomobilining vites o'zgartirish tugmasi edi. To'ldirilgan termoset polimerlari ko'pchilikda keng qo'llaniladi turli hududlar texnologiya. Termoset va termoplastik polimerlarni to'ldirish uchun turli xil plomba moddalar ishlatiladi - yog'och uni, kaolin, bo'r, talk, slyuda, uglerod qora, shisha tolali, bazalt tolasi va boshqalar.

Tekstolitlar- turli tolalardan tayyorlangan matolar bilan mustahkamlangan laminatlangan plastmassalar. Tekstolitlarni ishlab chiqarish texnologiyasi 1920-yillarda ishlab chiqilgan. fenol-formaldegid qatroniga asoslangan. Mato choyshablari qatronlar bilan singdiriladi, so'ngra bosiladi ko'tarilgan harorat, tekstolit plitalari yoki shaklli mahsulotlarni qabul qilish.

Tekstolitlardagi bog'lovchilar keng assortimentdagi termoset va termoplastik polimerlar, ba'zan esa silikatlar va fosfatlar asosidagi noorganik bog'lovchilardir. To'ldiruvchi sifatida turli xil tolalardan tayyorlangan matolar ishlatiladi - paxta, sintetik, shisha, uglerod, asbest, bazalt va boshqalar. Shunga ko'ra, tekstolitlarning xossalari va qo'llanilishi har xil. Metall matritsali kompozitsion materiallar.

Metall asosidagi kompozitsiyalarni yaratishda matritsa sifatida alyuminiy, magniy, nikel, mis va boshqalar ishlatiladi. To'ldiruvchi yuqori quvvatli tolalar, har xil dispersiyaning o'tga chidamli zarralari, alyuminiy oksidining ipga o'xshash monokristallari, berilliy oksidi, bor va kremniy karbidlari, alyuminiy va kremniy nitridlari va boshqalar. Uzunligi 0,3-15 mm va diametri 1-30 mikron.

An'anaviy (mustahkamlanmagan) metall bilan solishtirganda metall matritsali kompozit materiallarning asosiy afzalliklari quyidagilardir: kuchaygan kuch, ortib borayotgan qattiqlik, aşınma qarshiligini oshirish, o'rmalanish qarshiligini oshirish. Keramika asosidagi kompozit materiallar.

Keramika materiallarini tolalar, shuningdek, metall va seramika dispers zarralari bilan mustahkamlash yuqori quvvatli kompozitlarni olish imkonini beradi, ammo keramika uchun mos bo'lgan tolalar assortimenti manba materialining xususiyatlari bilan cheklangan; Ko'pincha metall tolalar ishlatiladi. Chiqib ketish qarshiligi biroz oshadi, lekin termal zarbaga qarshilik kuchayadi - qizdirilganda material kamroq yorilib ketadi, ammo materialning mustahkamligi pasaygan holatlar bo'lishi mumkin. Bu matritsa va plomba moddasining termal kengayish koeffitsientlarining nisbatiga bog'liq. Seramikaning dispers metall zarralari bilan mustahkamlash chidamliligi, issiqlik zarbalariga chidamliligi va issiqlik o'tkazuvchanligi oshishi bilan yangi materiallarga (kermetlar) olib keladi. Yuqori haroratli sermetlar gaz turbinalari uchun qismlar, elektr pechlari uchun armatura, raketa va reaktiv texnologiyalar uchun qismlarni tayyorlash uchun ishlatiladi. Qattiq aşınmaya bardoshli sermetlar kesish asboblari va qismlarini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Bundan tashqari, sermetlar texnologiyaning maxsus sohalarida qo'llaniladi - bu yoqilg'i elementlari yadro reaktorlari

uran oksidi, tormoz qurilmalari uchun ishqalanish materiallari va boshqalar asosida.

Kompozit material ikki yoki undan ortiq komponentlardan tashkil topgan heterojen qattiq material bo'lib, ular orasida materialning zarur mexanik xususiyatlarini ta'minlaydigan mustahkamlovchi elementlarni va mustahkamlovchi elementlarning birgalikda ishlashini ta'minlaydigan matritsani ajratib ko'rsatishimiz mumkin. Kompozitning mexanik harakati mustahkamlovchi elementlar va matritsaning xususiyatlari, shuningdek ular orasidagi bog'lanishning mustahkamligi bilan belgilanadi. Materialning samaradorligi va ishlashi bunga bog'liq to'g'ri tanlov original komponentlar va ularni birlashtirish texnologiyasi, asl xususiyatlarini saqlab qolgan holda komponentlar o'rtasida mustahkam aloqani ta'minlash uchun mo'ljallangan. Armatura elementlari va matritsaning birikmasi natijasida kompozitning xossalari majmuasi hosil bo'ladi, bu nafaqat uning tarkibiy qismlarining dastlabki xususiyatlarini aks ettiradi, balki izolyatsiya qilingan komponentlarga ega bo'lmagan xususiyatlarni ham o'z ichiga oladi. Xususan, mustahkamlovchi elementlar va matritsa o'rtasidagi interfeyslarning mavjudligi materialning yorilishga chidamliligini sezilarli darajada oshiradi va kompozitlarda, metallardan farqli o'laroq, statik quvvatning oshishi kamayishiga olib kelmaydi, lekin, qoida tariqasida, sinish chidamlilik xususiyatlarini oshirish.

Kompozit materiallarning afzalliklari:

Yuqori o'ziga xos kuch;

Yuqori qattiqlik (elastik modul 130...140 GPa);

Yuqori aşınma qarshilik;

Yuqori charchoq kuchi;

CM dan o'lchovli barqaror tuzilmalarni ishlab chiqarish mumkin va kompozitlarning turli sinflari bir yoki bir nechta afzalliklarga ega bo'lishi mumkin.

Ko'pchilik tez-tez uchraydigan kamchiliklar kompozit materiallar:

Yuqori narx;

Xususiyatlarning anizotropiyasi;

Ishlab chiqarishning bilim intensivligini oshirish, maxsus qimmatbaho uskunalar va xom ashyoga bo'lgan ehtiyoj, shuning uchun sanoat ishlab chiqarishi va mamlakatning ilmiy bazasi rivojlangan.

1. Kompozit materiallarning tasnifi

Kompozitlar polimer, metall, uglerod, keramika yoki boshqa asos (matritsa) dan iborat ko'p komponentli materiallar bo'lib, tolalar, mo'ylovlar, mayda zarralar va boshqalardan tayyorlangan plomba moddalari bilan mustahkamlanadi. ularning nisbati , plomba moddasining yo'nalishi, operatsion va texnologik xususiyatlarning kerakli kombinatsiyasi bilan materiallarni olish mumkin. Bir materialda bir nechta matritsalar (polimatritsali kompozit materiallar) yoki turli tabiatdagi plomba moddalari (gibrid kompozit materiallar) qo'llanilishi kompozit materiallarning xususiyatlarini tartibga solish imkoniyatlarini sezilarli darajada kengaytiradi. Mustahkamlovchi plomba moddalari kompozit materiallar yukining asosiy ulushini o'zlashtiradi.

To'ldiruvchining tuzilishiga ko'ra kompozit materiallar tolali (tolalar va mo'ylovlar bilan mustahkamlangan), qatlamli (plyonkalar, plastinkalar, qatlamli plomba moddalari bilan mustahkamlangan), dispers mustahkamlangan yoki dispersiya bilan mustahkamlangan (nozik zarrachalar shaklidagi plomba bilan) bo'linadi. ). Kompozit materiallardagi matritsa materialning mustahkamligini, plomba moddasida kuchlanishning uzatilishini va taqsimlanishini ta'minlaydi, issiqlik, namlik, yong'in va kimyoviy reaktsiyalarni aniqlaydi. chidamlilik.

Matritsa materialining tabiatiga ko'ra polimer, metall, uglerod, keramika va boshqa kompozitlar ajralib turadi.

Metall matritsali kompozit materiallar metall material(odatda Al, Mg, Ni va ularning qotishmalari), yuqori quvvatli tolalar (tolali materiallar) yoki asosiy metallda erimaydigan nozik dispersli refrakter zarralar (dispersiya bilan mustahkamlangan materiallar) bilan mustahkamlangan. Metall matritsa tolalarni (tarqalgan zarrachalarni) bir butunga bog'laydi.

Metall bo'lmagan matritsali kompozit materiallar keng qo'llanilishini topdi. Metall bo'lmagan matritsalar sifatida polimer, uglerod va keramik materiallar ishlatiladi. Polimer matritsalaridan eng katta taqsimot epoksi, fenol-formaldegid va poliamid oldi. Kokslangan yoki pirokarbonli uglerod matritsalari pirolizga uchragan sintetik polimerlardan olinadi. Matritsa kompozitsiyani bog'lab, unga shakl beradi. Kuchaytiruvchilar tolalar: shisha, uglerod, bor, organik, mo'ylovli kristallarga asoslangan (oksidlar, karbidlar, boridlar, nitridlar va boshqalar), shuningdek, yuqori mustahkamlik va qattiqlikka ega bo'lgan metall (simlar).

Kuchaytiruvchi ta'sir mexanizmiga ko'ra, tolali plomba (mustahkamlovchi) bo'lgan kompozit materiallar tola uzunligining diametriga nisbati nisbatan kichik bo'lgan diskretlarga va uzluksiz tolaga ega bo'lganlarga bo'linadi. Diskret tolalar matritsada tasodifiy joylashtirilgan. Elyafning diametri fraksiyalardan yuzlab mikrometrgacha. Elyaf uzunligining diametriga nisbati qanchalik katta bo'lsa, mustahkamlash darajasi shunchalik yuqori bo'ladi.

Ko'pincha kompozit material qatlamli struktura bo'lib, unda har bir qatlam ko'p sonli parallel uzluksiz tolalar bilan mustahkamlanadi. Har bir qatlam, shuningdek, yakuniy materialning kengligi va uzunligiga mos keladigan asl shaklni ifodalovchi matoga to'qilgan uzluksiz tolalar bilan mustahkamlanishi mumkin. Ko'pincha tolalar uch o'lchamli tuzilmalarga to'qiladi.

Kompozit materiallar an'anaviy qotishmalardan yuqoriroq kuchlanish va chidamlilik chegarasi (50-10%), elastik modul, qattiqlik koeffitsienti va yorilishga moyilligi bilan farq qiladi. Kompozit materiallardan foydalanish strukturaning qattiqligini oshiradi, shu bilan birga uning metall sarfini kamaytiradi. Kompozit (tolali) materiallarning mustahkamligi tolalarning xususiyatlari bilan belgilanadi; matritsa asosan mustahkamlovchi elementlar orasidagi stresslarni qayta taqsimlashi kerak. Shuning uchun tolalarning mustahkamligi va elastik moduli matritsaning mustahkamligi va elastik modulidan sezilarli darajada katta bo'lishi kerak. Qattiq mustahkamlovchi tolalar yuklash paytida tarkibda paydo bo'ladigan kuchlanishlarni sezadi, bu esa tolaning yo'nalishi bo'yicha unga mustahkamlik va qattiqlikni beradi.

Alyuminiy, magniy va ularning qotishmalarini mustahkamlash uchun bor tolalari, shuningdek, yuqori mustahkamlik va elastik modulga ega bo'lgan o'tga chidamli birikmalardan (karbidlar, nitridlar, boridlar va oksidlar) tolalar ishlatiladi. Titan va uning qotishmalarini mustahkamlash uchun molibden sim, safir tolalari, kremniy karbid va titan borid ishlatiladi. Nikel qotishmalarining issiqlikka chidamliligini oshirish ularni volfram yoki molibden sim bilan mustahkamlash orqali erishiladi. Metall tolalar yuqori issiqlik va elektr o'tkazuvchanligi talab qilinadigan hollarda ham qo'llaniladi. Yuqori quvvatli va yuqori modulli tolali kompozit materiallar uchun istiqbolli mustahkamlovchilar alyuminiy oksidi va nitrid, kremniy karbid va nitrid, bor karbid va boshqalardan tayyorlangan mo'ylovlardir. Metall asosli kompozit materiallar yuqori mustahkamlik va issiqlikka chidamlilikka ega, shu bilan birga ular past plastiklikka ega. Shu bilan birga, kompozit materiallardagi tolalar matritsada boshlangan yoriqlarning tarqalish tezligini pasaytiradi va to'satdan mo'rt buzilish deyarli butunlay yo'qoladi. Tolali bir o'qli kompozit materiallarning o'ziga xos xususiyati tolalar bo'ylab va bo'ylab mexanik xususiyatlarning anizotropiyasi va stressni kontsentratorlarga nisbatan past sezgirlikdir. Tolali kompozit materiallarning xususiyatlarining anizotropiyasi qarshilik maydonini kuchlanish maydonlari bilan moslashtirish orqali xususiyatlarni optimallashtirish uchun qismlarni loyihalashda hisobga olinadi. Shuni hisobga olish kerakki, matritsa kuchlanishni tolalarga faqat mustahkamlovchi tola-matritsa interfeysida kuchli bog'lanish mavjud bo'lganda o'tkazishi mumkin. Elyaflar orasidagi aloqani oldini olish uchun matritsa barcha tolalarni to'liq o'rab olishi kerak, bu uning tarkibi kamida 15-20% bo'lganda erishiladi. Ishlab chiqarish va ishlatish jarayonida matritsa va tolalar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmasligi kerak (o'zaro diffuziya bo'lmasligi kerak), chunki bu kompozit materialning mustahkamligini pasayishiga olib kelishi mumkin. Alyuminiy, magniy va titanium qotishmalarini bor, kremniy karbid, titanium borid va alyuminiy oksidining uzluksiz refrakter tolalari bilan mustahkamlash issiqlikka chidamliligini sezilarli darajada oshiradi. Kompozit materiallarning o'ziga xos xususiyati haroratning oshishi bilan vaqt o'tishi bilan yumshatishning past tezligidir.

Bir va ikki o'lchovli armatura bilan kompozit materiallarning asosiy kamchiligi qatlamlararo kesish va ko'ndalang sindirishga nisbatan past qarshilikdir. Volumetrik mustahkamlovchi materiallarda bunga ega emas.

Tolali kompozit materiallardan farqli o'laroq, dispersiya bilan mustahkamlangan kompozit materiallarda matritsa asosiy element hisoblanadi, yuk ko'taruvchi, va dispers zarralar undagi dislokatsiyalar harakatini inhibe qiladi.

Yuqori kuchga 10-500 nm zarracha kattaligi bilan erishiladi, ular orasidagi o'rtacha masofa 100-500 nm va matritsada bir xil taqsimlanadi. Kuch va issiqlikka chidamlilik, mustahkamlash fazalarining hajmli tarkibiga qarab, qo'shimchalar qonuniga bo'ysunmaydi. Ikkinchi bosqichning optimal tarkibi turli metallar farq qiladi, lekin odatda 5-10 voltdan oshmaydi. %. Mustahkamlash fazalari sifatida matritsali metallda erimaydigan barqaror o‘tga chidamli birikmalardan (toriy, gafniy, ittriy oksidlari, oksidlarning murakkab birikmalari va nodir tuproq metallari) foydalanish materialning yuqori mustahkamligini 0,9-0,95 Tm gacha saqlash imkonini beradi. Shu munosabat bilan bunday materiallar ko'pincha issiqlikka chidamli sifatida ishlatiladi. Dispersiya bilan mustahkamlangan kompozit materiallarni texnologiyada qo'llaniladigan ko'pgina metallar va qotishmalar asosida olish mumkin. Eng ko'p ishlatiladigan alyuminiy asosidagi qotishmalar SAP (sinterlangan alyuminiy kukuni).

2. Kompozit materiallarning tarkibi, tuzilishi va xossalari

Kompozit materiallarning xossalari tarkibiy qismlarning tarkibiga, ularning kombinatsiyasiga, miqdoriy nisbatiga va ular orasidagi bog'lanish kuchiga bog'liq. Mustahkamlovchi materiallar tolalar, iplar, iplar, lentalar, ko'p qatlamli matolar shaklida bo'lishi mumkin. Yo'naltirilgan materiallarda qattiqlashtiruvchi moddalar miqdori 60-80 vol.%, yo'naltirilmagan materiallarda (diskret tolalar va mo'ylovli) 20-30 vol.% ni tashkil qiladi. Elyaflarning mustahkamligi va elastik moduli qanchalik baland bo'lsa, kompozit materialning mustahkamligi va qattiqligi shunchalik yuqori bo'ladi. Matritsaning xususiyatlari kompozitsiyaning kesish va bosim kuchini va charchoqning buzilishiga chidamliligini aniqlaydi. Qatlamli materiallarda birlashtiruvchi bilan singdirilgan tolalar, iplar, lentalar yotqizish tekisligida bir-biriga parallel ravishda yotqiziladi. Yassi qatlamlar plitalarga yig'iladi. Xususiyatlari anizotropikdir. Materialning mahsulotda ishlashi uchun harakat qiluvchi yuklarning yo'nalishini hisobga olish muhimdir. Ham izotrop, ham anizotrop xususiyatlarga ega bo'lgan materiallarni yaratish mumkin. Kompozit materiallarning xususiyatlarini o'zgartirib, turli burchaklardagi tolalarni yotqizishingiz mumkin. Materialning egilish va burilish qat'iyligi qatlamlarning qalinligi bo'ylab yotqizish tartibiga bog'liq. Uch, to'rt yoki undan ortiq iplarning mustahkamlovchilari ishlatiladi. Eng ko'p ishlatiladigan struktura uchta o'zaro perpendikulyar iplarning tuzilishidir. Kuchaytirgichlar eksenel, radial va aylana yo'nalishlarida joylashtirilishi mumkin. Uch o'lchamli materiallar bloklar yoki silindrlar shaklida har qanday qalinlikda bo'lishi mumkin. Katta hajmli matolar qatlamli bo'lganlarga nisbatan po'stloq kuchini va kesishga chidamliligini oshiring. Kubning diagonallari bo'ylab armaturani parchalash orqali to'rtta ipdan iborat tizim quriladi. To'rt ipning tuzilishi muvozanatdir va asosiy tekisliklarda kesish qat'iyligini oshirdi. Biroq, to'rt yo'nalishli materiallarni yaratish uch yo'nalishli materiallarni yaratishdan ko'ra qiyinroq.

Qurilish va texnologiyada yuqori quvvatli va yuqori modulli uzluksiz tolalar bilan mustahkamlangan kompozit materiallar eng ko'p qo'llaniladi. Bularga quyidagilar kiradi: termosetga asoslangan polimer kompozit materiallar (epoksi, poliester, fenol-formaldegid, poliamid va boshqalar) va shisha (shisha tolali), uglerod (uglerod tolasi), organik (organoplastik), bor (boroplastika) bilan mustahkamlangan termoplastik bog'lovchilar, va boshqalar .tolalar; Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Cr qotishmalariga asoslangan, bor, uglerod yoki kremniy karbid tolalari, shuningdek po'lat, molibden yoki volfram simlari bilan mustahkamlangan metall kompozit materiallar; uglerod tolalari bilan mustahkamlangan uglerod asosidagi kompozit materiallar (uglerod-uglerod materiallari); uglerod, kremniy karbid va boshqa issiqlikka chidamli tolalar va SiC bilan mustahkamlangan keramika asosidagi kompozit materiallar. Materialda 50-70% miqdorida bo'lgan uglerod, shisha, amid va bor tolalaridan foydalanganda an'anaviy strukturaviy materiallar va qotishmalarga qaraganda 2-5 baravar yuqori o'ziga xos mustahkamlik va elastik modulli kompozitsiyalar yaratiladi. Bundan tashqari, tolali kompozit materiallar charchoqqa chidamlilik, issiqlikka chidamlilik, tebranishga chidamlilik, shovqinni yutish, zarba kuchi va boshqa xususiyatlar bo'yicha metallar va qotishmalardan ustundir. Shunday qilib, Al qotishmalarini bor tolalari bilan mustahkamlash ularning mexanik xususiyatlarini sezilarli darajada yaxshilaydi va qotishma ish haroratini 250-300 dan 450-500 ° S gacha oshirish imkonini beradi. Ni, Cr, Co, Ti va ularning qotishmalari asosida issiqlikka chidamli kompozitsion materiallarni yaratish uchun sim (W va Mo dan) va refrakter birikmalarning tolalari bilan mustahkamlash qo'llaniladi. Shunday qilib, tolalar bilan mustahkamlangan issiqlikka chidamli Ni qotishmalari 1300-1350 ° S da ishlashi mumkin. Metall tolali kompozit materiallarni ishlab chiqarishda metall matritsani plomba moddasiga qo'llash asosan matritsa materialining eritmasidan, elektrokimyoviy cho'kish yoki purkash orqali amalga oshiriladi. Mahsulotlarni qoliplash ishlari Ch. arr. mustahkamlovchi tolalar ramkasini 10 MPa gacha bosim ostida eritilgan metall bilan singdirish yoki matritsa materialining erish haroratiga qizdirilganda prokatlash, presslash, ekstruziya yordamida folga (matritsa materialini) mustahkamlovchi tolalar bilan birlashtirish orqali.

Polimer va metall tolalar va qatlamli kompozit materiallarni ishlab chiqarishning umumiy texnologik usullaridan biri qismlarni ishlab chiqarish jarayonida bevosita matritsadagi plomba kristallarining o'sishi hisoblanadi. Bu usul, masalan, Ni va Co asosidagi evtektik issiqlikka chidamli qotishmalarni yaratishda qo'llaniladi. Boshqariladigan sharoitlarda sovutilganda tolali yoki qatlamli kristallar hosil qiluvchi karbid va intermetalik birikmalar bilan qotishma eritmalar qotishmalarning mustahkamlanishiga olib keladi va ularning ish haroratini 60-80oS ga oshirish imkonini beradi. Uglerod asosidagi kompozit materiallar past zichlikni yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi, kimyoviy bilan birlashtiradi. chidamlilik, haroratning keskin o'zgarishi ostida o'lchamlarning doimiyligi, shuningdek, inert muhitda 2000 ° S ga qizdirilganda mustahkamlik va elastiklik modulining oshishi. Keramika asosidagi yuqori quvvatli kompozit materiallar tolali plomba moddalari, shuningdek, metall va seramika dispers zarralari bilan mustahkamlash orqali olinadi. Uzluksiz SiC tolalari bilan mustahkamlash yuqori yopishqoqlik, egiluvchanlik va yuqori haroratlarda oksidlanishga yuqori qarshilik bilan tavsiflangan kompozit materiallarni olish imkonini beradi. Biroq, keramikani tolalar bilan mustahkamlash har doim ham uning elastik modulining yuqori qiymatida materialning elastik holatining yo'qligi sababli uning mustahkamlik xususiyatlarining sezilarli darajada oshishiga olib kelmaydi. Dispers metall zarralari bilan mustahkamlash keramik-metall materiallarni (kermetlar) yaratishga imkon beradi. kuchaygan, issiqlik o'tkazuvchanligi, issiqlik zarbasiga qarshilik. Keramika kompozit materiallarini ishlab chiqarishda odatda issiq presslash, presslash, keyin sinterlash va slip quyish qo'llaniladi. Materiallarni dispers metall zarralari bilan mustahkamlash dislokatsiyalar harakati uchun to'siqlarni yaratish tufayli kuchning keskin oshishiga olib keladi. Bunday mustahkamlash ch. arr. issiqqa chidamli xrom-nikel qotishmalarini yaratishda foydalaniladi. Materiallar eritilgan metallga nozik zarrachalarni kiritish orqali ishlab chiqariladi, so'ngra ingotlarni mahsulotlarga an'anaviy qayta ishlash. Masalan, ThO2 yoki ZrO2 ning qotishma ichiga kiritilishi dispersiya bilan mustahkamlangan issiqlikka chidamli qotishmalarni olish imkonini beradi, ular 1100-1200 ° S haroratda uzoq vaqt davomida yuk ostida ishlaydi (an'anaviy issiqlikka chidamli qotishmalarning xizmat ko'rsatish chegarasi ostida). bir xil sharoitlar 1000-1050 ° S). Yuqori quvvatli kompozit materiallarni yaratishning istiqbolli yo'nalishi - bu kichik diametri tufayli katta kristallarda topilgan nuqsonlardan deyarli xoli bo'lgan va yuqori quvvatga ega bo'lgan mo'ylovlar (mo'ylovlar) bilan materiallarni mustahkamlash. Eng amaliy qiziqish Al2O3, BeO, SiC, B4C, Si3N4, AlN kristallari va diametri 1-30 mikron va uzunligi 0,3-15 mm bo'lgan grafitdir. Bunday plomba moddalari yo'naltirilgan iplar yoki qog'oz, karton va namat kabi izotropik qatlamli materiallar shaklida qo'llaniladi. Kompozitsiyaga mo'ylovli kristallarning kiritilishi uni berishi mumkin g'ayrioddiy kombinatsiyalar elektr va magnit xususiyatlari. Kompozit materiallarning tanlovi va maqsadi ko'p jihatdan qismlar yoki konstruktsiyalarning yuklash sharoitlari va ish harorati, texnologiya bilan belgilanadi. imkoniyatlar. Polimer kompozit materiallar eng qulay va o'zlashtirilgan. Termoset va termoplastik polimerlar ko'rinishidagi matritsalarning keng assortimenti ish uchun kompozit materiallarning keng tanlovini ta'minlaydi. salbiy haroratlar 100-200 ° S gacha - organoplastika uchun, 300-400 ° S gacha - shisha, uglerod va bor plastmassalar uchun. Polyester va epoksi matritsali polimer kompozit materiallar 120-200 ° S gacha, fenol-formaldegid bilan - 200-300 ° S gacha, poliimid va organosilikon - 250-400 ° S gacha ishlaydi. B, C, SiC dan tolalar bilan mustahkamlangan Al, Mg va ularning qotishmalariga asoslangan metall kompozit materiallar 400-500 ° S gacha ishlatiladi; Ni va Co qotishmalari asosidagi kompozit materiallar 1100-1200 ° S gacha, o'tga chidamli metallar va birikmalar asosida - 1500-1700 ° S gacha, uglerod va keramika asosida - 1700-2000 ° S gacha bo'lgan haroratlarda ishlaydi. Kompozitlardan konstruktiv, issiqlikdan himoya qiluvchi, ishqalanishga qarshi, radio va elektr va boshqa materiallar sifatida foydalanish strukturaning og'irligini kamaytirishga, mashinalar va agregatlarning resurslari va quvvatini oshirishga, printsipial jihatdan yangi komponentlar, qismlar va qismlarni yaratishga imkon beradi. tuzilmalar. Barcha turdagi kompozit materiallar kimyo, to'qimachilik, tog'-kon sanoatida qo'llaniladi. metallurgiya sanoati, mashinasozlik, transport, sport anjomlarini ishlab chiqarish uchun va boshqalar.

3. Kompozit materiallardan foydalanishning iqtisodiy samaradorligi

Kompozit materiallarni qo'llash sohalari cheklanmagan. Ular aviatsiyada yuqori yuklangan qismlar (teri, nayzalar, qovurg'alar, panellar, kompressor va turbin pichoqlari va boshqalar), kosmik texnikada qurilmalarning kuch tuzilmalari birliklari uchun, elementlarni, panellarni mustahkamlash uchun, avtomobil sanoatida engillashtirish uchun ishlatiladi. kuzovlar, prujinalar, romlar, kuzov panellari, bamperlar va boshqalar, tog'-kon sanoatida (burg'ulash asboblari, kombayn qismlari va boshqalar), qurilish qurilishida (ko'prik oraliqlari, ko'p qavatli binolarning yig'ma konstruktsiyalari elementlari va boshqalar). va boshqa sohalarda milliy iqtisodiyot.

Ilova kompozit materiallar dvigatellar, energiya va transport qurilmalari quvvatini oshirish, mashinalar va qurilmalarning og'irligini kamaytirishda yangi sifat sakrashini ta'minlaydi. Metall bo'lmagan matritsali kompozit materiallar, ya'ni polimer uglerod tolalari kemasozlik va avtomobilsozlik sanoatida qo'llaniladi (tana). poyga mashinalari, qo'nish moslamalari, pervaneler); Ulardan podshipniklar, isitish panellari, sport anjomlari, kompyuter qismlari tayyorlanadi. Yuqori modulli uglerod tolalari samolyot qismlarini, kimyo sanoati uchun uskunalarni, rentgen apparatlarini va boshqalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Uglerod matritsasi bo'lgan uglerod tolalari har xil turdagi grafitlarni almashtiradi. Ular termal himoya, samolyot tormoz disklari va kimyoviy jihatdan chidamli uskunalar uchun ishlatiladi. Bor tolasidan tayyorlangan mahsulotlar aviatsiya va kosmik texnikada (profillar, panellar, kompressor rotorlari va qanotlari, parvona qanotlari, vertolyot uzatish shaftalari va boshqalar) ishlatiladi. Organ tolalar elektrotexnika va radio sanoatida, aviatsiya texnologiyasida va boshqalarda izolyatsion va konstruktiv materiallar sifatida ishlatiladi.

Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati

Gorchakov G.I., Bazhenov Yu.M. Qurilish materiallari / G.I. Gorchakov, Yu.M. Bazhenov. – M.: Stroyizdat, 1986 yil.

Qurilish materiallari / V.G. tomonidan tahrirlangan. Mikulskiy. - M.: ASV, 2000.

Qurilish materiallarining umumiy kursi / Ed. I.A. Ribyeva. - M.: Oliy maktab, 1987 yil.

Qurilish materiallari / G.I. tomonidan tahrirlangan. Gorchakova. - M: Oliy maktab, 1982 yil.

Evald V.V. Qurilish materiallari, ularni ishlab chiqarish, xossalari va sinovlari / V.V. Evald. – Sankt-Peterburg: L-M, 14-nashr, 1933 yil.

1. Keramika kompozitlari

Samolyot dvigatellarining yangi avlodini yaratishda og'irlikni kamaytirish, yoqilg'i sarfini kamaytirish va zararli chiqindilarni kamaytirish uchun engil va juda bardoshli dvigatellar qo'llaniladi. yong'inga chidamli materiallar- keramik kompozitsiyalar.

Yoniq 1-rasm Kompozitlarni ishlab chiqarish uchun NASA tomonidan ishlab chiqilgan texnologik jarayonning diagrammasi keltirilgan. Infiltratsiyalangan keramik matritsali kompozitlarni eritish.

Birinchidan, mato kremniy karbid tolalaridan tayyorlanadi (savdo nomi Sylramic), undan ma'lum bir shakl va o'lchamdagi ish qismi hosil bo'ladi, keyin ishlov beriladigan qism eritilgan kremniy karbid bilan to'yintiriladi va yondiriladi.

Tolalar kompozitsiyani yaratish uchun ishlatilishi mumkin Sylramic yoki Sylramic bor nitridi bilan qoplangan. Bunday kompozitlar 1200 o S gacha qizdirishga bardosh bera oladi.

Shunga o'xshash texnologiya kompozit oksidli materiallarni ishlab chiqarishda qo'llaniladi, bu erda mato ishlab chiqariladi Nextel 720(tarkibida 85% Al 2 O 3 va 15% SiO 2) aluminosilikatlar eritmasida toʻyingan.

Kompozit materiallar qatlamli tuzilishga ega (qarang. guruch. 2).

Monolitik keramika materiallari bilan solishtirganda (masalan, Si 3 N 4) kompozit keramika unchalik mo'rt emas va zarba qarshiligini oshiradi (2-rasmga qarang). guruch. 3 va 4).

Seramika kompozit materiallari gipertovushli samolyotlarni qurishda keng qo'llaniladi (X37 orbital UAV, X51A WaveRider raketasi (pastga qarang). guruch. 5 va 6).

68 Mach tezlikda parvoz qilganda, samolyotlarning oldingi qirralari sirtlarining harorati 2700 o C ga, tovushdan tez yonish kamerasi (skramjet) bo'lgan ramjet dvigatelining yonish kamerasidagi harorat 3000 o ga yetishi mumkin. C.

Aerodinamik isitish vaqtida strukturaning termal himoyasi va yuqori mustahkamlik xususiyatlarini ta'minlash uchun ko'p qatlamli sendvich konstruktsiyalar qo'llaniladi. Ceramic Matrix Composite/Foam Core (gözenekli keramika ichki qatlamiga ega keramik matritsali kompozit).

Taxminan 1,06 g / sm 3 zichlikdagi kompozit sendvich paneli yuqori quvvat va qattiqlikka ega. Issiqlik kengayish koeffitsienti, keramik kompozit qoplama materiali va g'ovakli keramik yadro materiali sendvich panelning tashqi va ichki yuzalarida delaminatsiya va yorilishsiz taxminan 1000 o C harorat gradientini ta'minlaydigan tarzda tanlanadi.

Taxminan 1,06 g / sm zichlikka ega bo'lib, u yuqori quvvat va qattiqlikka ega. Issiqlik kengayish koeffitsienti, keramik kompozit qoplama materiali va g'ovakli keramik yadro materiali sendvich panelning tashqi va ichki yuzalarida delaminatsiya va yorilishsiz taxminan 1000C harorat gradientini ta'minlaydigan tarzda tanlanadi.

Scramjet yonish kamerasi foydalanadi yuqori haroratli keramika asosidagi keramik kompozitsiyalar. Tsirkonyum diborid va kremniy karbiddan tashkil topgan bunday keramika yuqori chastotali elektr uchqun razryadlari (SparkPlasma Sinterlash usuli deb ataladi) yordamida sinterlanadi. Issiq izostatik presslash usuli bilan solishtirganda, SparcPlasma Sintering yanada zich tuzilishga ega bo'lishga imkon beradi (qarang. 7 va 8-rasm).

Bundan tashqari, yonish kamerasi uchun ular rivojlanmoqda "o'z-o'zini davolash" ablativ materiallar, qaysi moddaning o'rnini bosish mikro darajada ta'minlanadi. Bular "ikkilamchi polimer qatlamli singdirilgan plitkalar" ( SPLIT) (qayta ishlangan polimer bilan singdirilgan laminatlangan plitalar) heterojen tarkibga ega. "Ikkilamchi" atamasi ishlatiladi, chunki har bir plastinka elementi kamida ikkita polimer qatlamini o'z ichiga oladi, ular orasidagi ikkilamchi endotermik reaktsiya issiqlikni sezilarli darajada o'zlashtiradi va issiqlik pardasi orqasidagi materialning haddan tashqari qizib ketishining oldini olishga yordam beradi.

Silikon karbid asosidagi kompozit keramikalarni yonish kamerasida yonilg'i yonish mahsulotlari va suv bug'lari bilan reaktsiyalardan himoya qilish uchun; nanokompozit korroziyaga chidamli qoplamalar.

2. Strukturaviy nanokompozit materiallar

Metall-keramika nanokompozit qotishmalari

Yengil konstruktiv materiallar sifatida keramik nanozarrachalar bilan mustahkamlangan alyuminiy va magniy qotishmalaridan foydalaniladi.
Bunday qotishmalarni quyishda asosiy muammo - bu quyma hajmida keramik nanozarrachalarning bir xil taqsimlanishi. Eritma tarkibidagi nanozarrachalarning namlanishi yomonligi tufayli ular aglomeratsiyalanadi va aralashmaydi. Viskonsin Medison universiteti (AQSh) ultratovush to‘lqinlari yordamida eritmadagi nanozarrachalarni aralashtirish texnologiyasini ishlab chiqdi, bu esa eritmada mikropufakchalar hosil qiladi. Bunday mikropufakchalar qulaganda mikroshok to'lqinlari hosil bo'ladi. Kuchli mikro-zarba to'lqinlari nanozarrachalarni eritilgan metall bo'ylab samarali ravishda tarqatadi.

Seramika nanokompozit materiallar

Keramika matritsasiga uglerod nanotubalari va to'ldirgichlarning (jumladan, uglerod nanohiskerlari) qo'shilishi keramikaning mexanik xususiyatlarini yaxshilaydi (ko'tarilgan egiluvchanlikni va pasaytirilgan mo'rtlikni ta'minlaydi).

Yoniq guruch. 9 alumina matritsasidagi uglerod nanotubalarining mikrograflari ko'rsatilgan. Mikro yoriqning rivojlanishi ko'zga tashlanadigan uglerod nanotubalari (CNT) mustahkamlovchi element bo'lib, yoriqning rivojlanishiga to'sqinlik qiladi;

Nanokompozit keramikada mustahkamlovchi elementlar sifatida uglerod nanotubkalaridan tashqari noorganik fullerenga o'xshash materiallar (ko'p qatlamli nanosferalar yoki volfram, titan, niobiy va molibden bisulfidlarining nanotubkalari) ishlatiladi.

Bu eksperimental ravishda tasdiqlangan noorganik fullerenga o'xshash materiallar 210 tonna / sm 2 gacha bo'lgan dinamik yuklarga chidamli (yuqori quvvatli po'lat uchun 40 tonna / sm 2 ga nisbatan), bu esa engil zirh sifatida ishlatiladigan polimer yoki seramika kompozitlarida plomba moddalari uchun juda istiqbolli materialdir.

Seramika turli sohalarda foydalanish uchun juda istiqbolli materialdir. MAX fazalar (Mn+1AXn fazalar)– polikristalli nanolaminlangan uchlik nitridlar, karbidlar yoki o‘tish metallarining boridlari.

Ushbu materiallarning tarkibiga qarab, ular butunlay noyob ko'p funktsiyali xususiyatlarga ega bo'lishi mumkin: bardoshli, ayni paytda oson ishlov berish, yuqori haroratga chidamli, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi va ishqalanish koeffitsienti juda past. Majoziy ma'noda, bu oddiy arra bilan kesilishi mumkin bo'lgan keramika.

MAXphase materiallarini amerikalik tadqiqotchi Prof. M. Barsoum (Dreksel universiteti - AQSH) 1996 y

amerikalik tadqiqotchi prof. M. Barsoum (Dreksel universiteti - AQSH) 1996 y

Qo'llash sohalari: energiya (yuqori elektr o'tkazuvchanligi, yuqori mexanik yuklarga bardosh berish qobiliyati, yuqori harorat), gaz va bug 'turbinalari(yuqori haroratda past ishqalanish koeffitsientiga ega), aviatsiya va kosmonavtika. Yoniq guruch. 10 nanolaminant strukturasining mikrografi keltirilgan MAXfazali keramika.

Kompozit materiallarni qayta ishlash

Yaxshilangan xususiyatlarga ega yangi kompozit materiallarning paydo bo'lishi ularni qayta ishlash texnologiyalari va vositalarini ishlab chiqishga yangi talablarni qo'yadi. Chet elda ishlatilgan integratsiyalashgan yondashuv: metall va keramika mahsulotlarini qayta ishlash bo'yicha texnologlar yangi materiallarni ishlab chiqish bo'yicha loyihalarga jalb qilingan. Xususan, NASA loyihalarida Armiya tadqiqot laboratoriyasi va AQSh havo kuchlari laboratoriyasi mutaxassislari ishtirok etadi.

Masalan, kompozit keramikadan yasalgan plitalar va panellarda teshiklarni burg'ulash uchun polikristalli olmosli qo'shimchali asboblar, shuningdek, nanokompozit ko'p qatlamli qoplamali qattiq karbid asboblari ishlatiladi.

Zirkonyum diborid asosidagi yuqori haroratli keramikadan tayyorlangan qismlarni birlashtirish uchun maxsus lehimlar qo'llaniladi.

Xususan, AgCuTi qotishmalari (savdo belgisi CusilABA Va Tikusil), shuningdek palladiy - kobalt va palladiy nikel (savdo belgisi) asosidagi qotishmalar Palco Va Palni) bilan bunday keramikalarning ishonchli ulanishini ta'minlaydi qurilish materiallari o'tga chidamli molibden qotishmalaridan tayyorlangan.

A.V. Fedotov
Rivojlanish bo'yicha direktor
NPF "ElanPraktik"

Kompozit materiallar - tarkibi jihatidan farq qiluvchi va aniq chegara bilan ajratilgan ikki yoki undan ortiq tarkibiy qismlardan tashkil topgan va oldindan ishlab chiqilgan yangi xususiyatlarga ega bo'lgan sun'iy ravishda yaratilgan materiallar.

Kompozit materialning tarkibiy qismlari geometrik jihatdan farq qiladi. Kompozit materialning butun hajmida uzluksiz bo'lgan komponent deyiladi matritsa. Kompozit material hajmida ajratilgan uzluksiz komponent deyiladi armatura. Matritsa mahsulotga kerakli shaklni beradi, kompozit materialning xususiyatlarini yaratishga ta'sir qiladi va armaturani mexanik shikastlanishdan va boshqa atrof-muhit ta'siridan himoya qiladi.

Kompozit materiallarda matritsalar sifatida organik va noorganik polimerlar, keramika, uglerod va boshqa materiallardan foydalanish mumkin. Matritsaning xususiyatlari kompozitsiyani va uni olish jarayonining texnologik parametrlarini aniqlaydi: zichlik, o'ziga xos kuch, ish harorati, charchoqning buzilishiga qarshilik va agressiv muhitga ta'sir qilish. Matritsada mustahkamlovchi yoki mustahkamlovchi komponentlar teng taqsimlanadi. Ular, qoida tariqasida, yuqori , va bu ko'rsatkichlarda ular matritsadan sezilarli darajada oshadi. Mustahkamlovchi komponent atamasi o'rniga to'ldiruvchi atamasi ishlatilishi mumkin.

Kompozit materiallarning tasnifi

To'ldiruvchining geometriyasiga ko'ra, kompozit materiallar uch guruhga bo'linadi:

uch o'lchamdagi o'lchamlari bir xil tartibda bo'lgan nol o'lchovli plomba moddalari bilan;
bir o'lchovli plomba moddalari bilan, ularning o'lchamlaridan biri qolgan ikkitasidan sezilarli darajada kattaroq;
ikki o'lchamli plomba moddalari bilan, ularning ikkita kattaligi uchinchisidan sezilarli darajada kattaroqdir.

To'ldirgichlarning joylashishiga ko'ra, kompozit materiallarning uchta guruhi ajratiladi:

matritsada bir-biriga parallel ravishda tolalar, iplar, mo'ylovlar shaklida to'ldiruvchining bir o'qli (chiziqli) joylashuvi bilan;
parallel tekisliklarda matritsada mustahkamlovchi plomba, mo'ylovli paspaslar, folga ikki eksenli (tekislik) joylashuvi bilan;
mustahkamlovchi plomba moddasining uch eksenli (hajmli) joylashuvi va uning joylashgan joyida imtiyozli yo'nalishning yo'qligi bilan.

Komponentlarning tabiatiga ko'ra kompozit materiallar to'rt guruhga bo'linadi:

metall yoki qotishma komponentni o'z ichiga olgan kompozitsion materiallar;
oksidlar, karbidlar, nitridlar va boshqalarning noorganik birikmalarining tarkibiy qismini o'z ichiga olgan kompozitsion materiallar;
metall bo'lmagan elementlar, uglerod, bor va boshqalarning tarkibiy qismini o'z ichiga olgan kompozitsion materiallar;
organik birikmalar komponentini o'z ichiga olgan kompozit materiallar, epoksi, poliester, fenolik va boshqalar.

Kompozit materiallarning xususiyatlari nafaqat komponentlarning fizik-kimyoviy xususiyatlariga, balki ular orasidagi bog'lanishning mustahkamligiga ham bog'liq. Agar matritsa va armatura o'rtasida hosil bo'lsa yoki yuzaga kelsa, maksimal quvvatga erishiladi.

Bilan kompozit materiallarda nol o'lchovli to'ldiruvchi Metall matritsa eng ko'p qo'llaniladi. Metall asosidagi kompozitsiyalar o'zgaruvchan dispersiyaning bir tekis taqsimlangan dispers zarralari bilan mustahkamlanadi. Ushbu materiallar har xil.

Bunday materiallarda matritsa butun yukni o'zlashtiradi va dispers plomba zarralari plastik deformatsiyaning rivojlanishiga to'sqinlik qiladi. Samarali qattiqlashuv 5...10% plomba zarralari tarkibi bilan erishiladi. Olovga chidamli oksidlar, nitridlar, boridlar va karbidlarning zarralari mustahkamlovchi plomba sifatida xizmat qiladi. Dispersiya bilan mustahkamlangan kompozit materiallar kukunli metallurgiya usullari yoki mustahkamlovchi kukun zarralarini suyuq eritilgan metall yoki qotishma ichiga kiritish orqali ishlab chiqariladi.

Alyuminiy oksidi zarralari bilan mustahkamlangan alyuminiy oksidi (Al 2 O 3) asosidagi kompozit materiallar sanoatda qo'llanilishini topdi. Ular alyuminiy kukunini bosish va sinterlash (SAP) orqali ishlab chiqariladi. SAP ning afzalliklari 300 o C dan yuqori haroratlarda, alyuminiy qotishmalari yumshatilganda paydo bo'ladi. Dispersiya bilan mustahkamlangan qotishmalar 0,8 T haroratgacha qattiqlashtiruvchi ta'sirni saqlaydi. pl.

SAP qotishmalari qoniqarli deformatsiyalanadi, oson ishlov beriladi, payvandlanadi va hokazo. SAP choyshablar, profillar, quvurlar va folga shaklida yarim tayyor mahsulotlar ishlab chiqaradi. Ulardan kompressorlar, ventilyatorlar va turbinalar pichoqlari, piston rodlari tayyorlanadi.

Bilan kompozit materiallarda bir o'lchovli plomba moddalari Kuchaytirgichlar mo'ylovlar, tolalar va simlar ko'rinishidagi bir o'lchovli elementlar bo'lib, ular matritsa bilan bitta monolitga birlashtiriladi. Kuchli tolalar plastik matritsada teng ravishda taqsimlanishi muhimdir. Kompozit materiallarni mustahkamlash uchun kesma o'lchamlari fraksiyalardan yuzlab mikrometrgacha bo'lgan uzluksiz diskret tolalar qo'llaniladi.

Mo'ylovga o'xshash monokristallar bilan mustahkamlangan materiallar 70-yillarning boshlarida samolyotlar va kosmik inshootlar uchun yaratilgan. Mo'ylovlarni etishtirishning asosiy usuli ularni o'ta to'yingan bug'dan etishtirishdir (PC jarayoni). Oksidlar va boshqa birikmalarning ayniqsa yuqori kuchli mo'ylovli kristallarini ishlab chiqarish uchun o'sish P-J-C mexanizmiga muvofiq amalga oshiriladi: kristallarning yo'naltirilgan o'sishi bug' holatidan oraliq suyuqlik fazasi orqali sodir bo'ladi.

Mo'ylovlar suyuqlikni qoliplar orqali tortib olish orqali hosil bo'ladi. Kristallarning mustahkamligi sirtning kesma va silliqligiga bog'liq.

Ushbu turdagi kompozit materiallar istiqbolli ... Kattalashtirish uchun Issiqlik samaradorligi mashinalar, gaz turbinasi pichoqlari safir iplari (Al 2 O 3) bilan mustahkamlangan nikel qotishmalaridan qilingan, bu turbinaning kirish qismidagi haroratni sezilarli darajada oshirishga imkon beradi (1680 o C haroratda sapfir kristallarining valentlik kuchi yuqori. 700 MPa).

Raketa nozullarini volfram va molibden kukunlaridan mustahkamlash safir kristallari bilan ham namat, ham alohida tolalar shaklida amalga oshiriladi, buning natijasida 1650 o S haroratda materialni ikki barobarga oshirish mumkin edi. Emprenye qiluvchi polimerni mustahkamlash ipga o'xshash tolali shisha tolali laminatlar ularning kuchini oshiradi. Quyma metallni mustahkamlash uni tuzilmalarda kamaytiradi. Yo'naltirilmagan mo'ylovli shishani mustahkamlash istiqbolli.

Kompozit materiallarni mustahkamlash uchun turli metallardan tayyorlangan metall sim ishlatiladi: ish sharoitlariga qarab turli xil kompozitsiyalar, volfram, niobiy po'latdir. Po'lat sim to'qilgan to'rlarga qayta ishlanadi, ular ikki yo'nalishda yo'naltirilgan armatura bilan kompozit materiallarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Yengil metallarni mustahkamlash uchun bor va kremniy karbid tolalari ishlatiladi. Ayniqsa qimmatli xususiyatlar uglerod tolalariga ega, ular metall, keramika va polimer kompozit materiallarni mustahkamlash uchun ishlatiladi.

Evtektik kompozitsion materiallar- evtektik yoki evtektik tarkibga yaqin qotishmalar, ularda mustahkamlash bosqichi yo'naltirilgan kristallanish jarayonida hosil bo'lgan kristallar yo'naltirilgan. An'anaviy kompozit materiallardan farqli o'laroq, evtektik materiallar bitta operatsiyada olinadi. Yo'nalishga yo'naltirilgan tuzilmani allaqachon olish mumkin tayyor mahsulotlar. Olingan kristallarning shakli tolalar yoki plitalar shaklida bo'lishi mumkin. Yo'naltirilgan kristallanish usullari kobalt, niobiy va boshqa elementlarga asoslangan kompozit materiallarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi, shuning uchun ular keng harorat oralig'ida qo'llaniladi.

1. Kompozit yoki kompozit materiallar - kelajak materiallari.

Metalllarning zamonaviy fizikasi bizga ularning egiluvchanligi, mustahkamligi va ortishi sabablarini batafsil tushuntirib bergandan so'ng, yangi materiallarni jadal tizimli ishlab chiqish boshlandi. Bu, ehtimol, tasavvur qilinadigan kelajakda, bugungi kundagi an'anaviy qotishmalarga qaraganda ancha kuchliroq materiallarni yaratishga olib keladi. Bunday holda, alyuminiy qotishmalarining po'latni qotishi va qarishining allaqachon ma'lum bo'lgan mexanizmlariga, ushbu ma'lum mexanizmlarning hosil bo'lish jarayonlari bilan kombinatsiyasiga va birlashtirilgan materiallarni yaratishning ko'plab imkoniyatlariga katta e'tibor beriladi. Tolalar yoki dispers qattiq zarrachalar bilan mustahkamlangan birlashtirilgan materiallar ikkita istiqbolli yo'lni taklif qiladi. Birinchi bo'lib shisha, uglerod, bor, berilliy, po'lat yoki ipga o'xshash monokristallarning eng yaxshi yuqori quvvatli tolalarini noorganik metall yoki organik polimer matritsasiga kiritdi. Ushbu kombinatsiya natijasida maksimal quvvat yuqori elastik modul va past zichlik bilan birlashtiriladi. Kompozit materiallar kelajakning aynan shunday materiallaridir.

Kompozit material - kuchliroq materialning iplari, tolalari yoki parchalari ko'rinishidagi mustahkamlovchi elementlarni o'z ichiga olgan strukturaviy (metall yoki metall bo'lmagan) material. Kompozit materiallarga misollar: bor, uglerod, shisha tolalar, iplar yoki ular asosidagi matolar bilan mustahkamlangan plastmassa; po'lat va berilliy iplar bilan mustahkamlangan alyuminiy. Komponentlarning hajmli tarkibini birlashtirib, kerakli kuch, issiqlikka chidamlilik, elastik modul, abraziv qarshilik qiymatlariga ega kompozit materiallarni olish, shuningdek, kerakli magnit, dielektrik, radio yutuvchi va boshqalarga ega kompozitsiyalarni yaratish mumkin. maxsus xususiyatlar.

2. Kompozit materiallarning turlari.

2.1. Metall matritsali kompozitsion materiallar.

Kompozit materiallar yoki kompozit materiallar yuqori mustahkam tolalar (tolali materiallar) yoki asosiy metallda erimaydigan (dispersiya bilan mustahkamlangan materiallar) nozik dispersli o'tga chidamli zarrachalar bilan mustahkamlangan metall matritsadan (odatda Al, Mg, Ni va ularning qotishmalaridan) iborat. . Metall matritsa tolalarni (tarqalgan zarrachalarni) bir butunga bog'laydi. U yoki bu kompozitsiyani tashkil etuvchi tola (dispers zarralar) va biriktiruvchi (matritsa) kompozit materiallar deyiladi.

2.2. Metall bo'lmagan matritsaga ega kompozitsion materiallar.

Metall bo'lmagan matritsali kompozit materiallar keng qo'llanilishini topdi. Metall bo'lmagan matritsalar sifatida polimer, uglerod va keramik materiallar ishlatiladi. Eng ko'p ishlatiladigan polimer matritsalari epoksi, fenol-formaldegid va poliamiddir.
Pirolizga uchragan sintetik polimerlardan kokslangan yoki pirokarbonli uglerodli matritsalar olinadi. Matritsa kompozitsiyani bog'lab, unga shakl beradi. Kuchaytiruvchilar tolalar: shisha, uglerod, bor, organik, mo'ylovli kristallarga asoslangan (oksidlar, karbidlar, boridlar, nitridlar va boshqalar), shuningdek, yuqori mustahkamlik va qattiqlikka ega bo'lgan metall (simlar).

Yo'naltirilgan materiallarda sertleştirici miqdori 60-80 vol. %, yo'naltirilmagan (diskret tolalar va mo'ylovlar bilan) - 20-30 vol. %. Elyaflarning mustahkamligi va elastik moduli qanchalik yuqori bo'lsa, kompozit materialning mustahkamligi va qattiqligi shunchalik yuqori bo'ladi. Matritsaning xususiyatlari kesish va siqilish ostida kompozitsiyaning kuchini va charchoqning buzilishiga chidamliligini aniqlaydi.

Armatura turiga ko'ra kompozit materiallar shisha tolalar, uglerod tolalari bo'lgan uglerod tolalari, bor tolalari va organ tolalari sifatida tasniflanadi.

Qatlamli materiallarda birlashtiruvchi bilan singdirilgan tolalar, iplar, lentalar yotqizish tekisligida bir-biriga parallel ravishda yotqiziladi. Yassi qatlamlar plitalarga yig'iladi. Xususiyatlari anizotropikdir. Materialning mahsulotda ishlashi uchun harakat qiluvchi yuklarning yo'nalishini hisobga olish muhimdir. Ham izotrop, ham anizotrop xususiyatlarga ega bo'lgan materiallarni yaratish mumkin.
Kompozit materiallarning xususiyatlarini o'zgartirib, turli burchaklardagi tolalarni yotqizishingiz mumkin. Materialning egilish va burilish qat'iyligi qatlamlarning qalinligi bo'ylab yotqizish tartibiga bog'liq.

Uch, to'rt yoki undan ortiq iplarning mustahkamlovchilari ishlatiladi.
Eng ko'p ishlatiladigan struktura uchta o'zaro perpendikulyar iplarning tuzilishidir. Kuchaytirgichlar eksenel, radial va aylana yo'nalishlarida joylashtirilishi mumkin.

Uch o'lchamli materiallar bloklar yoki silindrlar shaklida har qanday qalinlikda bo'lishi mumkin. Katta hajmli matolar qatlamli matolarga nisbatan po'stloq kuchini va kesishga chidamliligini oshiradi. Kubning diagonallari bo'ylab armaturani parchalash orqali to'rtta ipdan iborat tizim quriladi. To'rt ipning tuzilishi muvozanatdir va asosiy tekisliklarda kesish qat'iyligini oshirdi.
Biroq, to'rt yo'nalishli materiallarni yaratish uch yo'nalishli materiallarni yaratishdan ko'ra qiyinroq.

3. Kompozit materiallarning tasnifi.

3.1. Kompozit tolali materiallar.

Ko'pincha kompozit material qatlamli struktura bo'lib, unda har bir qatlam ko'p sonli parallel uzluksiz tolalar bilan mustahkamlanadi. Har bir qatlam asl shakli, yakuniy materialga mos keladigan kengligi va uzunligi bo'lgan matoga to'qilgan uzluksiz tolalar bilan ham mustahkamlanishi mumkin. Ko'pincha tolalar uch o'lchamli tuzilmalarga to'qiladi.

Kompozit materiallar an'anaviy qotishmalardan yuqori kuchlanish va chidamlilik chegarasi (50-10%), elastik modul, qattiqlik koeffitsienti va yorilishga moyilligi bilan farq qiladi. Kompozit materiallardan foydalanish strukturaning qattiqligini oshiradi, shu bilan birga uning metall sarfini kamaytiradi.

Kompozit (tolali) materiallarning mustahkamligi tolalarning xususiyatlari bilan belgilanadi; matritsa asosan mustahkamlovchi elementlar orasidagi stresslarni qayta taqsimlashi kerak. Shuning uchun tolalarning mustahkamligi va elastik moduli matritsaning mustahkamligi va elastik modulidan sezilarli darajada katta bo'lishi kerak.
Qattiq mustahkamlovchi tolalar yuklash paytida tarkibda paydo bo'ladigan kuchlanishlarni sezadi, bu esa tolaning yo'nalishi bo'yicha unga mustahkamlik va qattiqlikni beradi.

Alyuminiy, magniy va ularning qotishmalarini mustahkamlash uchun bor, shuningdek, yuqori mustahkamlik va elastiklik moduliga ega bo'lgan o'tga chidamli birikmalardan (karbidlar, nitridlar, boridlar va oksidlar) tolalar ishlatiladi. Ko'pincha tolalar sifatida yuqori quvvatli po'latlardan yasalgan sim ishlatiladi.

Titan va uning qotishmalarini mustahkamlash uchun molibden sim, safir tolalari, kremniy karbid va titan borid ishlatiladi.

Nikel qotishmalarining issiqlikka chidamliligini oshirish ularni volfram yoki molibden sim bilan mustahkamlash orqali erishiladi. Metall tolalar yuqori issiqlik va elektr o'tkazuvchanligi talab qilinadigan hollarda ham qo'llaniladi. Yuqori quvvatli va yuqori modulli tolali kompozit materiallar uchun istiqbolli mustahkamlovchi alyuminiy oksidi va nitrid, kremniy karbid va nitrid, bor karbid va boshqalardan tayyorlangan mo'ylovlardir.

Metall asosidagi kompozit materiallar yuqori quvvat va issiqlikka chidamliligiga ega, shu bilan birga ular past plastisiyaga ega. Shu bilan birga, kompozit materiallardagi tolalar matritsada boshlangan yoriqlarning tarqalish tezligini pasaytiradi va to'satdan mo'rt buzilish deyarli butunlay yo'qoladi. Tolali bir o'qli kompozit materiallarning o'ziga xos xususiyati tolalar bo'ylab va bo'ylab mexanik xususiyatlarning anizotropiyasi va stressni kontsentratorlarga nisbatan past sezgirlikdir.

Tolali kompozit materiallarning xususiyatlarining anizotropiyasi qarshilik maydonini kuchlanish maydonlari bilan moslashtirish orqali xususiyatlarni optimallashtirish uchun qismlarni loyihalashda hisobga olinadi.

Alyuminiy, magniy va titanium qotishmalarini bor, kremniy karbid, titanium doborid va alyuminiy oksidining uzluksiz refrakter tolalari bilan mustahkamlash issiqlikka chidamliligini sezilarli darajada oshiradi. Kompozit materiallarning o'ziga xos xususiyati haroratning oshishi bilan vaqt o'tishi bilan yumshatishning past tezligidir.

3.2. Dispersiya bilan mustahkamlangan kompozit materiallar.

Tolali kompozit materiallardan farqli o'laroq, dispersiya bilan mustahkamlangan kompozit materiallarda matritsa asosiy yuk ko'taruvchi element bo'lib, dispers zarralar undagi dislokatsiyalarning harakatiga to'sqinlik qiladi.
Yuqori kuchga 10-500 nm zarracha kattaligi bilan erishiladi, ular orasidagi o'rtacha masofa 100-500 nm va matritsada bir xil taqsimlanadi.
Kuch va issiqlikka chidamlilik, mustahkamlash fazalarining hajmli tarkibiga qarab, qo'shimchalar qonuniga bo'ysunmaydi. Ikkinchi bosqichning optimal tarkibi turli metallar uchun farq qiladi, lekin odatda 5-10 voltdan oshmaydi. %.

Mustahkamlash fazalari sifatida matritsali metallda erimaydigan barqaror oʻtga chidamli birikmalardan (toriy, gafniy, ittriy oksidlari, oksidlarning kompleks birikmalari va nodir tuproq metallari) foydalanish materialning yuqori mustahkamligini 0,9-0,95 T gacha saqlash imkonini beradi. Shu munosabat bilan bunday materiallar ko'pincha issiqlikka chidamli sifatida ishlatiladi. Dispersiya bilan mustahkamlangan kompozit materiallarni texnologiyada qo'llaniladigan ko'pgina metallar va qotishmalar asosida olish mumkin.

Eng ko'p ishlatiladigan alyuminiy asosidagi qotishmalar SAP (sinterlangan alyuminiy kukuni).

Ushbu materiallarning zichligi alyuminiyning zichligiga teng, ular korroziyaga chidamliligi bo'yicha undan kam emas va hatto 250-500 ° S harorat oralig'ida ishlaganda titanium va korroziyaga chidamli po'latlarni almashtirishi mumkin. Uzoq muddatli mustahkamlik nuqtai nazaridan ular ishlangan alyuminiy qotishmalaridan ustundir. SAP-1 va SAP-2 qotishmalari uchun 500 ° C da uzoq muddatli quvvat 45-55 MPa ni tashkil qiladi.

Nikel dispersiyasi bilan mustahkamlangan materiallar katta istiqbolga ega.
2-3 volli nikel asosidagi qotishmalar eng yuqori issiqlik qarshiligiga ega. % toriy dioksidi yoki gafniy dioksidi. Ushbu qotishmalarning matritsasi odatda Ni + 20% Cr, Ni + 15% Mo, Ni + 20% Cr va Mo ning qattiq eritmasidir. VDU-1 (toriy dioksidi bilan mustahkamlangan nikel), VDU-2 (gafniy dioksidi bilan mustahkamlangan nikel) va VD-3 (Ni + 20% Cr matritsasi, toriy oksidi bilan mustahkamlangan) qotishmalari keng qo'llaniladi. Ushbu qotishmalar yuqori issiqlik qarshiligiga ega. Dispersiya bilan mustahkamlangan kompozit materiallar, xuddi tolalilar kabi, haroratning oshishi va ma'lum bir haroratda ta'sir qilish muddati bilan yumshatilishga chidamli.

3.3. Shisha tolali.

Fiberglas - bu bog'lovchi bo'lgan sintetik qatron va shisha tolali plomba moddasidan iborat kompozitsion. To'ldiruvchi sifatida uzluksiz yoki qisqa shisha tola ishlatiladi. Fiberglasning mustahkamligi uning diametrining pasayishi bilan keskin ortadi (qalin bo'laklarda paydo bo'ladigan bir xillik va yoriqlar ta'siri tufayli). Fiberglasning xususiyatlari uning tarkibidagi gidroksidi tarkibiga ham bog'liq; eng yaxshi ishlash aluminoborosilikat tarkibidagi gidroksidi bo'lmagan stakanlarda.

Yo'naltirilmagan shisha tolalar to'ldiruvchi sifatida qisqa tolalarni o'z ichiga oladi. Bu metall armatura yordamida murakkab shakllarning qismlarini bosish imkonini beradi. Material press kukunlari va hatto tolalarga qaraganda ancha yuqori izotopik kuch xususiyatlariga ega. Ushbu materialning vakillari AG-4V shisha tolalari, shuningdek DSV (o'lchovli shisha tolalar) bo'lib, ular quvvat elektr qismlari, mashinasozlik qismlari (spool klapanlari, nasos muhrlari va boshqalar) ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Bog'lovchi sifatida to'yinmagan poliesterlardan foydalanilganda, PSC (pasta) va prepregs AP va PPM (shisha mat asosida) premikslari olinadi. Prepregs oddiy shakldagi katta o'lchamli mahsulotlar uchun ishlatilishi mumkin (avtomobil korpuslari, qayiqlar, asboblar korpuslari va boshqalar).

Yo'naltirilgan shisha tolalar uzun tolalar ko'rinishidagi plomba moddasiga ega bo'lib, ular yo'naltirilgan alohida iplarda joylashtirilgan va birlashtiruvchi bilan ehtiyotkorlik bilan yopishtirilgan. Bu shisha tolaning yuqori mustahkamligini ta'minlaydi.

Fiberglass -60 dan 200 ° C gacha bo'lgan haroratlarda, shuningdek, tropik sharoitlarda ishlashi va katta inertial ortiqcha yuklarga bardosh berishi mumkin.
Ikki yil davomida qariganda, qarish koeffitsienti K = 0,5-0,7.
Ionlashtiruvchi nurlanish ularning mexanik va elektr xususiyatlari. Ular mustahkamlovchi va iplar bilan yuqori quvvatli qismlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

3.4. Uglerod tolalari.

Uglerod tolalari (uglerod tolalari) polimer biriktiruvchi (matritsa) va uglerod tolalari (uglerod tolalari) shaklida mustahkamlovchi moddalardan iborat kompozitsiyalardir.

C-C uglerod tolalarining yuqori bog'lanish energiyasi ularni juda yuqori haroratlarda (neytral va 2200 ° C gacha kamaytirish muhitida), shuningdek past haroratlarda mustahkamlikni saqlashga imkon beradi. Elyaflar sirt oksidlanishidan himoya qiladi himoya qoplamalar(pirolitik). Shisha tolalardan farqli o'laroq, uglerod tolalari bog'lovchi tomonidan yomon namlanadi
(past sirt energiyasi), shuning uchun ular chizilgan. Shu bilan birga, ular yuzasida karboksil guruhining tarkibi bo'yicha uglerod tolalarining faollashuv darajasi oshadi. Uglerod tolasi bilan mustahkamlangan plastmassalarning qatlamlararo kesish kuchi 1,6-2,5 barobar ortadi. TiO, AlN va SiN filamentli kristallarning visserizatsiyasi qo'llaniladi, bu qatlamlararo qat'iylikni 2 marta va mustahkamlikni 2,8 marta oshiradi. Fazoviy mustahkamlangan tuzilmalar qo'llaniladi.

Birlashtiruvchi moddalar sintetik polimerlar (polimer uglerod tolasi); pirolizga uchragan sintetik polimerlar (kokslangan uglerod tolasi); pirolitik uglerod (pirokarbonli uglerod tolalari).

Epoksifenol uglerod tolasi bilan mustahkamlangan KMU-1l, uglerodli lenta bilan mustahkamlangan va arqon ustidagi KMU-1u, mo'ylov bilan viskerlangan, 200 ° C gacha bo'lgan haroratlarda uzoq vaqt davomida ishlashi mumkin.

KMU-3 va KMU-2l uglerod tolalari epoksianilin-formaldegid biriktiruvchisi yordamida ishlab chiqariladi, ular 100 ° C gacha bo'lgan haroratda ishlatilishi mumkin; Uglerod tolalari KMU-2 va
Poliimid bog'lovchiga asoslangan KMU-2l haroratgacha ishlatilishi mumkin
300 °C.

Uglerod tolalari yuqori statistik va dinamik charchoqqa chidamliligi bilan ajralib turadi va bu xususiyatni normal va juda past haroratlarda saqlaydi (tolaning yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi ichki ishqalanish tufayli materialning o'z-o'zidan isishiga to'sqinlik qiladi). Ular suv va kimyoviy moddalarga chidamli. Havoga ta'sir qilgandan so'ng, rentgen nurlari va E deyarli o'zgarmaydi.

Uglerod tolasi bilan mustahkamlangan plastmassalarning issiqlik o'tkazuvchanligi shisha tolali plastmassalarning issiqlik o'tkazuvchanligidan 1,5-2 baravar yuqori. Ular quyidagi elektr xususiyatlariga ega: = 0,0024-0,0034 Ohm sm (tolalar bo'ylab); ? = 10 va tg =0,001 (10 Hz oqim chastotasida).

Karbon tolali shisha uglerod bilan birga shisha tolalarni o'z ichiga oladi, bu materialning narxini pasaytiradi.

3.5. Uglerodli matritsali uglerod tolasi.

Kokslangan materiallar inert yoki qaytaruvchi atmosferada pirolizga uchragan an'anaviy polimer uglerod tolalaridan ishlab chiqariladi. 800-1500 ° S haroratda karbonlanganlar, 2500-3000 ° S da grafitlangan uglerod tolalari hosil bo'ladi. Pirokarbonli materiallarni olish uchun qattiqlashtiruvchi mahsulot shakliga ko'ra yotqiziladi va gazsimon uglevodorod (metan) o'tkaziladigan pechga joylashtiriladi. Muayyan rejimda (harorat 1100 ° C va qoldiq bosim 2660 Pa) metan parchalanadi va hosil bo'lgan pirolitik uglerod mustahkamlovchi tolalarga biriktirilib, ularni bog'laydi.

Birlashtiruvchi piroliz jarayonida hosil bo'lgan koks uglerod tolasiga yuqori yopishish kuchiga ega. Shu nuqtai nazardan, kompozit material yuqori mexanik va ablativ xususiyatlarga ega va termal zarbaga qarshilik ko'rsatadi.

KUP-VM tipidagi uglerod matritsasi bo'lgan uglerod tolasi inert atmosferada va vakuumda qizdirilganda maxsus grafitlarga qaraganda 5-10 baravar yuqori kuch va quvvatni 2200 gacha saqlaydi
°C, havoda 450 °C da oksidlanadi va himoya qoplamani talab qiladi.
Uglerodli matritsali bitta uglerodli tolali kompozitsiyaning ishqalanish koeffitsienti yuqori (0,35-0,45) va aşınma past (tormozlash uchun 0,7-1 mikron).

3.6. Bor tolalari.

Bor tolalari - bu polimer biriktiruvchi va mustahkamlovchi - bor tolalari.

Bor tolalari yuqori siqilish, kesish va kesish kuchi, past o'rmalash, yuqori qattiqlik va elastik modul, issiqlik o'tkazuvchanligi va elektr o'tkazuvchanligi bilan ajralib turadi. Bor tolalarining uyali mikro tuzilishi matritsa interfeysida yuqori kesish kuchini ta'minlaydi.

Uzluksiz bor tolasidan tashqari, murakkab bor shisha nitratlar qo'llaniladi, ularda bir nechta parallel bor tolalari shisha tola bilan o'ralgan bo'lib, o'lchov barqarorligini ta'minlaydi. Bor shisha iplaridan foydalanish osonroq bo'ladi jarayon material ishlab chiqarish.

Bor tolali nitratlar olish uchun matritsalar sifatida modifikatsiyalangan epoksi va poliimid bog'lovchilar qo'llaniladi. Bor tolalari KMB-1 va
KMB-1k uchun mo'ljallangan uzoq ish 200 ° C haroratda; KMB-3 va KMB-3k talab qilmaydi yuqori bosim qayta ishlash jarayonida va 100 ° C dan yuqori bo'lmagan haroratda ishlashi mumkin; KMB-2k 300 °C da ishlaydi.

Bor tolalari charchoqqa chidamliligi yuqori va radiatsiya, suv, organik erituvchilar va moylash materiallariga chidamli.

3.7. Organ tolalar.

Organ tolalar polimer biriktiruvchi va sintetik tolalar ko'rinishidagi mustahkamlovchi (plomba) dan iborat kompozitsion materiallardir. Bunday materiallar past massaga, nisbatan yuqori o'ziga xos kuchga va qattiqlikka ega va o'zgaruvchan yuklar va haroratning keskin o'zgarishi ta'sirida barqarordir. Sintetik tolalar uchun to'qimachilikni qayta ishlash jarayonida kuchning yo'qolishi kichik; Ular zararga sezgir emas.

Organik tolalar uchun elastik modulning qiymatlari va mustahkamlovchi va bog'lovchining chiziqli kengayishining harorat koeffitsientlari yaqin.
Birlashtiruvchi komponentlarning tolaga tarqalishi va ular orasidagi kimyoviy o'zaro ta'sir sodir bo'ladi. Materialning tuzilishi nuqsonsiz. Porozlik 1-3% dan oshmaydi (boshqa materiallarda 10-20%). Demak, haroratning keskin o'zgarishi, zarba va tsiklik yuklar ostida organ tolalarining mexanik xususiyatlarining barqarorligi. Ta'sir kuchi yuqori (400-700 kJ/m²). Ushbu materiallarning kamchiliklari ularning nisbatan past bosim kuchi va yuqori o'rmalanishi (ayniqsa, elastik tolalar uchun).

Organik tolalar agressiv muhitga va nam tropik iqlimga chidamli; dielektrik xossalari yuqori va issiqlik o'tkazuvchanligi past. Aksariyat organ tolalar uzoq vaqt davomida 100-150 ° S haroratda va poliimid bog'lovchi va polioksadiazol tolalari asosida - 200-300 ° S haroratda ishlashi mumkin.

IN birlashtirilgan materiallar Sintetik tolalar bilan bir qatorda mineral tolalar (shisha, uglerod tolasi va bor tolasi) ishlatiladi. Bunday materiallar ko'proq kuch va qattiqlikka ega.

4. Kompozit materiallardan foydalanishning iqtisodiy samaradorligi.

Kompozit materiallarni qo'llash sohalari cheklanmagan. Ular aviatsiyada samolyotlarning yuqori yuklangan qismlari (teri, shpallar, qovurg'alar, panellar va boshqalar) va dvigatellar (kompressor pichoqlari va turbinalar va boshqalar), kosmik texnologiyada isitish moslamalarining kuch tuzilmalari komponentlari uchun ishlatiladi. qattiqlashtirgichlar, panellar , avtomobil sanoatida kuzovlarni, prujinalarni, romlarni, kuzov panellarini, bamperlarni va boshqalarni engillashtirish uchun, tog'-kon sanoatida (burg'ulash asboblari, kombaynlar uchun qismlar va boshqalar), qurilishda (ko'prik oraliqlari, yig'ma elementlarning elementlari) ko'p qavatli binolarning inshootlari va boshqalar) va boshqalar) va xalq xo'jaligining boshqa sohalarida.

Kompozit materiallardan foydalanish dvigatellar, energiya va transport qurilmalari quvvatini oshirish, mashinalar va qurilmalarning og'irligini kamaytirishda yangi sifat sakrashini ta'minlaydi.

Kompozit materiallardan yarim tayyor mahsulotlar va mahsulotlar ishlab chiqarish texnologiyasi ancha rivojlangan.

Metall bo'lmagan matritsaga ega bo'lgan kompozit materiallar, ya'ni polimer uglerod tolalari kemasozlik va avtomobilsozlikda (avtomobil korpusi, shassi, pervanellar) ishlatiladi; Ulardan podshipniklar, isitish panellari, sport anjomlari, kompyuter qismlari tayyorlanadi. Yuqori modulli uglerod tolalari samolyot qismlarini, kimyo sanoati uchun uskunalarni, rentgen apparatlarini va boshqalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Uglerod matritsasi bo'lgan uglerod tolalari har xil turdagi grafitlarni almashtiradi. Ular termal himoya, samolyot tormoz disklari va kimyoviy jihatdan chidamli uskunalar uchun ishlatiladi.

Bor tolasidan tayyorlangan mahsulotlar aviatsiya va kosmik texnikada (profillar, panellar, kompressor rotorlari va pichoqlari, pervanel kanatlari va vertolyot uzatish shaftalari va boshqalar) ishlatiladi.

Organik tolalar elektrotexnika va radio sanoatida, aviatsiya texnologiyasida va avtomobilsozlikda izolyatsion va konstruktiv materiallar sifatida ishlatiladi; Ular quvurlar, reagentlar uchun idishlar, kema korpuslari uchun qoplamalar va boshqalarni tayyorlash uchun ishlatiladi.

Uskunalarni sotib olish va sotish bo'yicha e'lonlarni quyidagi manzilda ko'rish mumkin

Siz polimer brendlarining afzalliklari va ularning xususiyatlarini muhokama qilishingiz mumkin

Kompaniyangizni Korxona katalogida ro'yxatdan o'tkazing

Qurilish portali. Bizning mahoratimizni oshirish