Нові композиційні конструктивні матеріали.

Композиційні матеріали – матеріали, створені об’ємним поєднанням хімічно різнорідних компонентів, що істотно не взаємодіють між собою. Поєднуючи кращі властивості компо­нентів (міцність, стійкість проти зношування тощо), компози­ційні матеріали характеризуються показниками, не притаман­ними жодному з них. Композиціні матеріали зазвичай скла­даються з пластичної (металевої або неметалевої – неорганічної чи органічної) основи, або матриці, і включень: металевих порошків, волокон, ниткоподібних кристалів, тонкої стружки, тканин тощо. Основа забезпечує монолітність і пластичність матеріалу, включення – його специфічні хімічні й фізико-механічні властивості. До композиційних належать: армовані матеріали, матеріали дисперснозміцнені (алюміній, нікель, залізо та ін. із частинками тугоплавких окисів, карбідів, нітридів тощо), порошкові електроконтактні матеріали, порошкові, антифрикційні матеріали, конструкційні та фрикційні матеріали, кермети. Композиційні матеріали одержують методами порош­кової металургії, просочуванням волокон матеріалом основи, електролітичним осаджуванням частинок на поверхню металу з подальшою термічною обробкою, литтям під тиском, вибуховим пресуванням, відцентровим способом тощо. Перспективним є створення деяких композиційних матеріалів із рівномірним розподілом структурних складових у всьому об’ємі матеріалу в умовах невагомості. Композиційні матеріали засто­совують в авіаційній, автомобільній, гірничій, металургійній, текстильній промисловостях, у космічній техніці, будівництвіві, електро- й радіотехніці тощо.

Композиційні матеріали (КМ) являють собою клас сучас­них матеріалів, у яких створюють прогнозований комплекс властивостей за рахунок цілеспрямованого структуроутворення та застосування таких технологій формування виробів, що відповідають їхньому конкретному призначенню.

У ракетно-космічній та авіаційній галузях промисловості України, колишнього Радянського Союзу та світу знайшли застосування ерозійностійкі, теплозахисні, конструкційні та інші армовані волокнами КМ із полімерною, керамічною, вуглецевою і металевою матрицями. Надзвичайно широкий спектр КМ, необхідних для різних умов експлуатації, обумовив різну ступінь розвитку досліджень при створенні конкретних композитів. Проте актуальною для всіх груп композитів вияви­лась необхідність раціональної побудови структури матеріалів на основі врахування фізико-хімічної природи компонентів, розмірів, форми та властивостей армуючих і матричних фаз, здійснення контролю за структурною стабільністю в процесах формування та експлуатації.

У науковому плані композити розглядають як гетерофазні матеріали, що повинні мати програмовані структуру та влас­тивості. Сучасний світовий етап розробки й досліджень армо­ваних волокнами КМ характеризується підвищеними вимогами до певної організації армуючої структури, як за рахунок спе­ціально підготовлених волокнистих каркасів, що заповнюються матричним матеріалом, так і шляхом управління внутрішньою просторовою геометрією КМ безпосередньо в технологічних процесах їх виготовлення.

Вибір типу й способу переплетення волокон при виготов­ленні армуючих каркасів залежить головним чином від меха­нічних властивостей волокон та їхньої спроможності до того чи іншого виду текстильної переробки. Важливе місце серед організованих армуючих елементів займають в’язані металеві сітки із заданою анізотропією властивостей, яка закладається, насамперед, типом переплетення волокон. У процесах виготов­лення армованих сітками КМ суттєву роль відіграють взаємо­зв’язок між об’ємною макрогеометрією армуючого матеріалу та режимами компактування, а також деформаційні і фізико-хімічні закономірності еволюції армуючої фази і матриці.

Армуючі трикотажні сітки кулірних переплетень виготов­ляють на промислових в’язальних машинах, які були спеціально пристосовані для переробки в’язанням тонких металевих дротів діаметром 20 150 мкм. У нашій країні металеві трикотажні сітки з вольфраму та молібдену вперше були запропоновані в Інсти­туті проблем матеріалознавства НАН України для армування ерозійностійких КМ та виготовлення матеріалів транспіра­ційного призначення. Починаючи із середини 1960-х років, з використанням кулірних переплетень були створені сітки з найбільш простою структурою типу «гладь», які вперше набули застосування в КМ з матрицею на основі нікелю та міді й на яких відпрацьовувалася технологія ущільнення заготівок типу «сендвич». Поряд із сітками з тонких тугоплавких дротів були також одержані зразки сталевих сіток, включаючи сітки зі структурою «ластик», зокрема для армування КМ з алюмінієвою матрицею. Ці пошукові роботи продемонстрували переваги сіток трикотажної структури щодо створення наперед заданої векторіальності властивостей у композиті. Проте системний підхід до реалізації в КМ програмованого комплексу експлуата­ційних характеристик, наприклад об’ємності, підвищеної здат­ності до деформації, електропровідності, необхідних механічних характеристик, до постановки цієї роботи, був відсутній.

Відомо, що в армованих КМ із порошковою матрицею найпривабливішою є реалізація просторової структури волок­нистої арматури при зберіганні якомога більшої об’ємності, закладеної в металевих трикотажних сітках. Якщо застосувати металеві стрічки або плазмово-напилені на волокна матричні шари, ефект просторовості структури трикотажних сіток хоча й знижується, але корисний об’ємний рельєф сітки в матеріалі зберігається.

У композитах зі алюмінієвою матрицею армування сталевою сіткою або сталевою сіткою разом із волокнами бору (карбіду кремнію) дозволяє створити порошково-сітчасті та шарувато-волокнисті матеріали, у яких за рахунок використання тонких сталевих дротів можна реалізувати ефективні механізми гальму­вання руйнуючих тріщин, особливо при циклічних навантажен­нях. Завдяки армуванню мідними сітками, що підвищують конструкційну міцність та забезпечують наскрізну електропро­відність по товщині електродних стрічок, можна створювати порошкові електродні матеріали на основі монохлориду міді для сучасних водоактивованих хімічних джерел струму. При отриманні ефективних ущільнюючих виробів із термічно-розширеного графіту металеві трикотажні сітки можуть стати необхідним конструктивно-технологічним елементом. За умов урахування взаємодії компонентів при високих температурах у композитах системи цирконієва матриця – вольфрамові (молібденові) сітки можна очікувати підвищення ресурсу роботи при термічних навантаженнях. Завдяки поверхневому армуванню мідними сітками в композитах із полімерною матри­цею можна створити ефективний опір комплексній дії термічних і механічних навантажень унаслідок удару блискавки.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: