Композитные материалы

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Композиционные материалы – искусственно созданные материалы, которые состоят из двух или более компонентов, различающихся по составу и разделенных выраженной границей, и которые имеют новые свойства, запроектированные заранее.

Композиционные материалы
Композиты образуют класс материалов, которые обеспечивают минимальной массы конструкции, максимальной прочности, жесткости, надежности и долговечности при работе в тяжелых условиях, в том числе при высоких температурах и в агрессивных средах.
Различные сочетания матричного материала и наполнителя позволяют получать гибридные композиты с широким диапазоном характеристик, чего невозможно достичь на металлах и сплавах
σв/ρ - удельная прочность
Е/ρ - удельный модуль упругости

Композиты представляют собой системы, состоящие из двух и более разнородных компонентов, имеющих границы раздела между ними. Компонент, непрерывный по всему объему материала, обеспечивающий его монолитность, называется матрицей. Компоненты, распределенные в матрице, называются наполнителями.
По типу матрицы различают композиционные материалы на полимерной, металлической и керамической основе.
По виду и структуре наполнителя композиты делятся на дисперсно-упрочненные (а), упрочненные волокнам (б,г) и слоистые (в,д,е).

Углепластики – композиционные полимерные материалы, армированные наполнителями из углеродных волокон в виде нитей, ленты, ткани.
Углепластики характеризуются низкой плотностью, высокой прочностью, вибропрочностью, повышенной химический стойкостью, практически нулевым коэффициентом линейного расширения.
Углепластики используются как конструкционные материалы в авиакосмической технике, автомобилестроении, судостроении, машиностроении, медицинской технике.

Жаропрочный композит с никелевой матрицей (рабочая температура до 1000-1200 °С). Наполнителем могут быть мелкодисперсные порошки диоксида тория ThO2 и диоксида гафния HfO2 или вольфрамовая проволока.
Так введение в сплав никеля с хромом вольфрамовой проволоки в количестве от 40 до 70 %, позволяет повысить его жаропрочность при 1100 °С в два раза.
Применяются в авиационной и космической технике для изготовления лопаток газовых турбин, камер сгорания.
На фото: Лопатки газовых турбин из никелевого композита.

Композиционные материалы с борными волокнами (боропластик и бороалюминий)
широко используются в авиации и ракетно-космической технике. Их использование для изготовления крупных деталей для космических кораблей.
По модулю упругости и теплостойкости бороалюминевые композиты превосходят все высокопрочные алюминиевые сплавы. Бороалюминевые композиты сохраняют высокую прочность до 400 – 500°С. Высокая демпфирующая способность материала обеспечивает вибропрочность изготовленных из него конструкций.
Промышленное применение нашел материал ВКА-1, содержащий 50% непрерывных высокопрочных волокон бора в матрице алюминия.

Керамические материалы
Под керамикой понимаются материалы, получаемые спеканием неметаллических порошков природного или искусственного происхождения.
По составу керамику можно подразделить на кислородную состоящую из оксидов металлов и неметаллических элементов бериллия, магния, алюминия, кремния, титана, циркония и бескислородную – нитридную, карбидную, боридную и др.
По структуре керамика может быть аморфная, кристаллическая.
Эти материалы перспективны для инструментов, деталей двигателей внутреннего сгорания, фильтров, нагревательных элементов, элементов источников питания и др.
На фото: Сопла для газосварочных аппаратов из керамики на основе карбида кремния.

Керамика первый конкурент металлических сплавов для использования при высоких температурах.
Однако керамика чувствительна к термоударам, хрупка, сложна в механической обработке.
Снижения хрупкости добиваются путем введением в состав диоксида циркония, армирования керамики волокнами из хрома, никеля, ниобия, вольфрама. Применяются также специальная технология формирования в структуре микротрещин .

Пластмассы
Природные и синтетические высокомолекулярных соединения (полимеры), которые способны под воздействием теплоты и давления принимать и сохранять заданную форму. Полимеры состоят из многочисленных элементарных звеньев одинаковой структуры – мономеров.
Например, молекула полиэтилена состоит из многократно повторяющегося звена С2Н4. В зависимости от числа звеньев в молекуле изменяются агрегатное состояние и свойства вещества. При n = 5 это жидкость, при n = 50...70 – вязкая жидкость (смазка), при n = 100...120 – твердое вещество (парафин), при n = 1500...2000 – высокомолекулярное соединение (полиэтилен).

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Предназначен для изготовления плоских заготовок деталей из полимерных композиционных материалов методом автоматизированной выкладки на соответствующие формы. Выкладка производится предварительно пропитанным и подсушенными материалами - препрегами. Станок имеет 5 управляемых координат.
ВКЛ2-8С

НК 0,8-4/1,6-8/2,5-12
Предназначены для изготовления деталей из полимерных композиционных материалов методами спиральной и окружной намотки на вращающуюся оправку, а также методом выкладки. Станки имеют управление по 7 независимым координатам, из них 5 координат используются при спиральной намотке и 3 при окружной намотке и выкладке. Ось вращения оправки является общей координатой для обоих видов намотки. На станках можно выполнять намотку выпуклых изделий различных геометрических форм типа отсеков, корпусов, емкостей по геодезическим линиям и другим рисункам. Армирование материала возможно с углами от 0 до 90° оси изделия