Контрольные вопросы

1. Что такое пластмасса?

2. Что такое наполнители пластмасс, их назначение?

3. Какие добавки вводят в состав композиций?

4. Достоинства и недостатки пластмасс.

5. Какова классификация пластмасс?

6. В чем отличие термопластичных пластмасс от термореактивных пластмасс?

7. Что представляют собой резины?

8. Что такое вулканизация?

9. Как классифицируют резины?

10. Что представляют собой керамика?

11. Какова технология получения керамики?

12. Как классифицируют керамику?

13. Что представляют собой древесина?

14. Каковы достоинства и недостатки древесных материалов?

15. Что представляют собой пороки древесины? Приведите примеры.

16. Какие виды древесных изделий вы знаете?

Глава 13. Композиционные материалы

13.1. Общая характеристика и классификация

Композиционные материалы или композиты – это сложные материалы, в состав которых вводят сильно отличающиеся по свойствам нерастворимые или малорастворимые один в другом компоненты, разделенные в материале ярко выраженной границей. Спектр свойств, которые присущи конструкционным материалам, невозможно получить при использовании обычных материалов. Их применение дает возможность создать ранее недоступные принципиально новые конструкции.

Важными характеристиками материалов, работающих в этих условиях, являются удельная прочность σ_в /γg и удельная жесткость Е/γg, где σ_в - временное сопротивление, Е – модуль нормальной упругости, γ – плотность материала, g – ускорение свободного падения. По удельной прочности и жесткости композиционные материалы превосходят все известные конструкционные сплавы.

Различают искусственные композиты, уровень свойств которых реализуется подбором компонентов, и естественные композиты, получаемые при естественном структурировании. Искусственные композиты могут иметь разную матрицу: металлическую (сплав или монометалл) и неметаллическую (полимерную, углеродную, керамическую). Разработаны также и полиматричные материалы, в которых чередующиеся слои матрицы могут иметь различный состав.

Компоненты, равномерно распределенные в матрице, называются армирующими наполнителями или упрочнителями. В зависимости от формы наполнителя композиты делят на дисперсно-упрочненные, волокнистые и слоистые.

В дисперсно-упрочненных материалах равноосные частицы наполнителя ориентированы беспорядочно, в волокнистых оси волокон могут быть ориентированы вдоль одного из направлений (однонаправленные композиты), в нескольких направлениях (двух или более) или без ориентации в определенном направлении (неориентированные композиты). В слоистых композитах слои не обязательно должны быть сплошными пластинами, они могут быть заполнены расположенными упорядоченно в плоскости частицами либо волокнами, уложенными упорядоченно в параллельных плоскостях. Иногда в одном композиционном материале используют несколько различных наполнителей. Такие композиционные материалы называют полиармированными.

13.2. Искусственные композиционные материалы с металлической матрицей

В дисперсно-упрочненных композиционных материалах наполнителями служат частицы оксидов (Al₂O₃, BeO), карбидов (SiC, B₄C), нитридов (BN), боридов и других соединений. Обычно такие материалы изготавливают порошковым методом.

В промышленности используются и дисперсно-упрочненные жаропрочные композиты с матрицами на титановой, никелевой и алюминиевой основах.

Упрочнителями волокнистых композиционных материалов являются волокна неметаллических материалов (С, В), тугоплавких соединений (Al₂O₃, SiC) или проволока из тугоплавких металлов (W, Mo). Диаметр волокон может быть 1…50 мкм (нитевидные монокристаллы), а диаметр проволоки обычно составляет доли миллиметра. Длина волокон в десятки раз превышает их диаметр.

В промышленности волокнистые композиты используются большей частью для изготовления деталей простой формы (пластин, клиньев, колец и т.п.). Нашли применение волокнистые композиты с алюминиевой матрицей, армированной проволокой из коррозионно-стойких сталей или борными и углеродными волокнами.