14 Керамическими называют материалы и изделия, получаемые из порошкообразных веществ различными способами и подвергаемые в технологический период обязательной термической обработке при высоких температурах для упрочнения и получения камневидного состояния. Такая обработка носит название обжига. Среди сырьевых порошкообразных материалов -- глина, которая имеет преимущественное применение при производстве строительной керамики. Она большей частью содержит примеси, влияющие на ее цвет и термические свойства. Наименьшее количество примесей содержит глина с высоким содержанием минерала каолинита и потому называемая каолином, имеющая практически белый цвет. Кроме каолинитовых глин разных цветов и оттенков применяют монтмориллонитовые, гидрослюдистые. Кроме глины к применяемым порошкообразным материалам, являющимися главными компонентами керамических изделий, относятся также некоторые другие минеральные вещества природного происхождения -- кварциты, магнезиты, хромистые железняки. Для технической керамики (чаще именуемой специальной) используют искусственно получаемые специальной очисткой порошки в виде чистых оксидов, например оксиды алюминия, магния, кальция, диоксиды циркония, тория и др. Они позволяют получать изделия с высокими температурами плавления {до 2500... 3000В°С и выше), что имеет важное значение в реактивной технике, радиотехнической керамике. Материалы высшей огнеупорности изготовляют на основе карбидов, нитридов, боридов, силицидов, сульфидов и других соединений металлов как безглинистых сырьевых веществ. Некоторые из них имеют температуры плавления до 3500 ... 4000В°С, особенно из группы карбидов.

Большой практический интерес имеют керметы, состоящие обычно из металлической и керамической частей с соответствующими свойствами. Получили признание огнеупоры переменного состава. У этих материалов одна поверхность представлена чистым тугоплавким металлом, например, вольфрамом, другая -- огнеупорным керамическим материалом, например оксидом бериллия. Между поверхностями в поперечном сечении состав постепенно изменяется, что повышает стойкость материала к тепловому удару.

Для строительной керамики, как отмечено выше, вполне пригодна глина, которая является распространенным в природе, дешевым и хорошо изученным сырьем. Б сочетании с некоторыми добавочными материалами из нее получают в керамической промышленности разнообразные изделия и в широком ассортименте. Их классифицируют по ряду признаков. По конструкционному назначению выделяют изделия стеновые, фасадные, для пола, отделочные, для перекрытий, кровельные изделия, санитарно-технические изделия, дорожные материалы и изделия, для подземных коммуникаций, огнеупорные изделия, теплоизоляционные материалы и изделия, химически стойкую керамику.

По структурному признаку все изделия разделяют на две группы: пористые и плотные. К пористым условно относятся те изделия, которые показывают водопоглощение свыше 5% по массе: кирпич обыкновенный, черепица, дренажные трубы. Плотными принимают изделия с водопоглощением меньше 5% по массе, и они практически водонепроницаемые, например плитки для пола, канализационные трубы, кислотоупорный кирпич и плитки, дорожный кирпич, санитарный фарфор. Абсолютно плотных керамических изделий не имеется, так как испаряющаяся вода затворения, вводимая в глиняное тесто, всегда оставляет некоторое количество микро- и макропор.

По температуре плавления керамические изделия и исходные глины разделяются на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350В°С), тугоплавкие (с температурой плавления 1350... 1580В°С) и огнеупорные (свыше 1580В°С). Выше отмечались также примеры изделий и сырья высшей огнеупорности (с температурой плавления в интервале 2000... 4000Х), используемых для технических (специальных) целей.

Отличительная особенность всех керамических изделий и материалов состоит в их сравнительно высокой прочности, но малой деформативности. Хрупкость чаще всего относится к отрицательным свойствам строительной керамики. Она обладает высокой химической стойкостью и долговечностью, а форма и размеры изделий из керамики обычно соответствуют установленным стандартам или техническим условиям.

15 Дисперсно-упрочненные композиционные материалы.

В отличие от волокнистых композиционных материалов в дисперсно-упрочненных композиционных материалах матрица является основным элементом,несущим нагрузку, а дисперсные частицы тормозят движение в ней дислокаций. Высокая прочность достигается при размере частиц 10-500 нм при среднем расстоянии между ними 100-500нм и равномерном распределении их в матрице. Прочность и жаропрочность в зависимости от объемного содержания упрочняющих фаз не подчиняются закону аддитивности. Оптимальное содержание второй фазы для различных металлов неодинаково, но обычно не превышает 5-10 об. %.

Использование в качестве упрочняющих фаз стабильных тугоплавких соединений (оксиды тория, гафния, иттрия, сложные соединения оксидов иредкоземельных металлов), нерастворяющихся в матричном металле, позволяетсохранить высокую прочность материала до 0,9-0,95 Т [pic]. В связи с этимтакие материалы чаще применяют как жаропрочные. Дисперсно-упрочненныекомпозиционные материалы могут быть получены на основе большинства применяемых в технике металлов и сплавов.

Наиболее широко используют сплавы на основе алюминия – САП(спеченный алюминиевый порошок).

Плотность этих материалов равна плотности алюминия, они не уступают ему покоррозионной стойкости и даже могут заменять титан и коррозионно-стойкиестали при работе в интервале температур 250-500 °С. По длительной прочности они превосходят деформируемые алюминиевые сплавы. Длительная прочность для сплавов САП-1 и САП-2 при 500 °С составляет 45-55 МПа.

Большие перспективы у никелевых дисперсно-упрочненных материалов. Наиболее высокую жаропрочность имеют сплавы на основе никеля с 2-3 об. % двуоксида тория или двуоксида гафния. Матрица этих сплавов обычно твердыйраствор Ni + 20 % Cr, Ni + 15 % Mo, Ni + 20 % Cr и Mo. Широкое применениеполучили сплавы ВДУ-1 (никель, упрочненный двуокисью тория), ВДУ-2 (никель,упрочненный двуокисью гафния) и ВД-3 (матрица Ni +20 % Cr, упрочненная окисью тория). Эти сплавы обладают высокой жаропрочностью. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы, так же как волокнистые, стойки к разупрочнению с повышением температуры и длительностивыдержки при данной температуре.

16 Волокнистые композиционные материалы.

Часто композиционный материал представляет собой слоистую структуру, в которой каждый слой армирован большим числом параллельных непрерывных волокон. Каждый слой можно армировать также непрерывными волокнами, сотканными в ткань, которая представляет собой исходную форму,по ширине и длине соответствующую конечному материалу. Нередко волокна сплетают в трехмерные структуры.

Композиционные материалы отличаются от обычных сплавов более высокими значениями временного сопротивления и предела выносливости (на 50 – 10 %), модуля упругости, коэффициента жесткости и пониженной склонностью к трещинообразованию. Применение композиционных материалов повышает жесткость конструкции при одновременном снижении ее металлоемкости.

Прочность композиционных (волокнистых) материалов определяется свойствами волокон; матрица в основном должна перераспределять напряжения между армирующими элементами. Поэтому прочность и модуль упругости волокондолжны быть значительно больше, чем прочность и модуль упругости матрицы. Жесткие армирующие волокна воспринимают напряжения, возникающие в композиции при нагружении, придают ей прочность и жесткость в направлении ориентации волокон.

Для упрочнения алюминия, магния и их сплавов применяют борные, а также волокна из тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, боридов и оксидов), имеющих высокие прочность и модульупругости. Нередко используют в качестве волокон проволоку из высокопрочных сталей.

Для армирования титана и его сплавов применяют молибденовую проволоку, волокна сапфира, карбида кремния и борида титана.

Повышение жаропрочности никелевых сплавов достигается армированием их вольфрамовой или молибденовой проволокой. Металлические волокна используют и в тех случаях, когда требуются высокие теплопроводность и электропроводимость. Перспективными упрочнителями для высокопрочных ивысокомодульных волокнистых композиционных материалов являются нитевидные кристаллы из оксида и нитрида алюминия, карбида и нитрида кремния, карбидабора и др.

Композиционные материалы на металлической основе обладают высокойпрочностью и жаропрочностью, в то же время они малопластичны. Однако волокна в композиционных материалах уменьшают скорость распространения трещин, зарождающихся в матрице, и практически полностью исчезает внезапное хрупкое разрушение. Отличительной особенностью волокнистых одноосных композиционных материалов являются анизотропия механических свойств вдоль и поперек волокон и малая чувствительность кконцентраторам напряжения.

Анизотропия свойств волокнистых композиционных материалов учитывается при конструировании деталей для оптимизации свойств путем согласования поля сопротивления с полями напряжения.

Армирование алюминиевых, магниевых и титановых сплавов непрерывными тугоплавкими волокнами бора, карбида кремния, доборида титана и оксида алюминия значительно повышает жаропрочность. Особенностью композиционных материалов является малая скорость разупрочнения во времени с повышением температуры.

Основным недостатком композиционных материалов с одно и двумерным армированием является низкое сопротивление межслойному сдвигу и поперечному обрыву. Этого лишены материалы с объемным армированием.

17 Слоистые композиционные материалы (композиты)

В природе существует большое количество различных твердых и мягких слоистых субстанций: древесина, раковины, панцири, рога, скорлупы, жемчуг,  кожа, сланцы, слюды и т.д. Часто они обладают превосходными физическими и декоративными свойствами  и с глубокой древности используются человеком в хозяйственных и художественных целях. К слоистыми композитами  ( англ. LCM - Laminated composite materials ) относят композиционные материалы, у которых входящие в композицию элементы выполнены в виде слоев. Первыми высокотехнологичными слоистыми композитами  можно считать древние стальные изделия, производившиеся методом кузнечной сварки из различных сортов железа. Давнюю историю имеют слоистые кровельные материалы на основе дегтей и природных смол. В 13 веке в Венеции начали производить стеклянные зеркала, покрытые оловянной амальгамой.  Во Франции с 16 века начато изготовление разнообразных издели из папье-маше.  Первая промышленная революция 19 века ввела в употребление клееную фанеру и различные виды картона. Современные слоистые композиты составляются из природных материалов, металлов, сплавов, пластических масс, керамики, искусственных волокон и т. д.  В развитии слоистых композитов важную роль сыграло  изобретение и внедрение синтетических полимеров (смол):

• реактопластов (фенопласты - фенолформальдегидные или фенольные; аминопласты - меламино- и мочевиноформальдегидные; эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические, полиимидные и др. полимерные связующие).

• термопластов (полиолефины, алифатические и ароматические полиамиды, полисульфоны, фторопласты и др.).

Конкретная конструкция слоистого композита зависит в первую очередь от целей, которые ставит перед собой разработчик.

Некоторые слоистые композиты  состоят из одинаковых повторяющихся слоев, другие - составляются из совершенно  разных. 

Отдельные слои, входящие в состав композита, могут иметь непрерывную или дискретную (чешуйчатую) структуры и различную пространственную ориентацию. Справедливо считается, что этим композитам присуща высокая изгибная прочность. Но это не единственное их достоинство. Слоистая конструкция  создает исключительно богатые возможности для создания  материалов с  разнообразными сочетаниями технологических, декоративных,  механических, теплофизических, электрических, оптических, химических и др. свойств, в которых -  каждый слой имеет свою специальную функцию или даже несколько функций. Отдельные материалы в слоистых композитах объединяются в единое целое в ходе полимеризации, склеивания, пайки или сварки. В технологиях получения слоистых структур используют самые разнообразные технологические процессы: налив, набрызг, осаждение, напыление, спекание, литье под давлением, экструзия, пултрузия, прокатка, намотка, выращивание, вспенивание и т.д.  Слоистые композиты производятся как в виде плоских листов или панелей, так и в виде изделий сложных геометрических форм. Тонкие слоистые композиционные материалы могут производиться в рулонном виде. В силу принципиального многообразия слоистых композитов построить их стройную классификацию  довольно затруднительно.  Для иллюстрации свойств и возможностей этой группы композитов ниже приведен  краткий перечень некоторых распространенных слоистых композиционных материалов.    Гетинакс (англ. paper-based laminate) представляет собой слоистый прессованный материал, изготовленный из нескольких слоев бумаги, пропитанной фенолоформальдегидной или эпоксидной смолой. Гетинакс применяется в качестве конструкционного и электроизоляционного материала.    Гипсокартон ( англ. plasterboard) - популярный легкий строительный материал, применяемый для облицовки стен и потолков.  Гипсокартон состоит из слоя гипса и двух слоев специального картона. Поставляется в виде гипсокартонных листов  толщиной до 24 мм.    Декоративные бумажно-слоистые пластики (ДБСП) ( англ. НPL - High Pressure Laminate), получают горячим прессованием специальных бумаг, пропитанных синтетическими термореактивными связующими. Для пропитки декоративных слоев и защитного слоя (оверлея) применяют аминоформальдегидные смолы, а для внутренних слоев – фенолоформальдегидные смолы.  Материал характеризуется разнообразными декоративными свойствами, обладает хорошей твердостью, стойкостью к износу, царапанию, ударам, кипячению в воде, бытовым загрязнителям, теплу. ДБСП используют для облицовывания  мебельных деталей, стеновых панелей, в качестве напольных покрытий и т.п. элементов. Пропитка декоративных (лицевых) и внутренних слоев пластика смолами осуществляется при помощи специальных автоматических пропиточных линий. Подробнее о декоративных слоистых пластиках см. специальную статью.    Древесно-слоистый пластик (ДСП) Древесно-слоистый пластик (англ. wood laminate) производится прессованием пакета из  листов натурального деревянного шпона, предварительно пропитанного термореактивными синтетическими смолами. Оно осуществляется в горячих плоских прессах под высоким давлением. ДСП представляет собой высокопрочный универсальный конструкционный материал используемый в различных областях техники, включая тяжелое машиностроение.    Древесностружечные плиты из ориентированной стружки (OSB) известные нам по английской аббревиатуре OSB (oriented strand board) изготавливаются методом плоского прессования из специальной крупноразмерной  древесной стружки. В настоящее время они считаются основной альтернативой клееной фанере, т.к. не требуют для производства дефицитного фанерного сырья. Из аналогичных стружек изготавливаются высокопрочные клееные балки (OSL - oriented strand lumber). Производство  плит типа OSB предполагается освоить в России в 2009-2010 г.г.    Искусственные кожи (artificial leather) широкий круг композиционных полимерных материалов, применяемых для изготовления обуви, одежды, головных уборов, галантерейных изделий и изделий технического назначения.  По характеру производства различают мягкие искусственные и синтетические кожи, синтетические материалы для низа обуви, искусственные жесткие кожи. По назначению выделяют галантерейные, обувные, одежные, обивочные, декоративно-хозяйственные, технические, переплетные материалы и клеенку. По виду основного   полимера различают кожи на основе ПУ, ПВХ, ПА, нитроцеллюлозы (НЦ), термоэластопластов (ТЭП), каучуков или их смесей. По строению и структуре они могут быть пористыми, монолитными и пористо-монолитными, одно- и многослойными, безосновными и на волокнистой основе, армированными и т.п. По условиям эксплуатации искусственные кожи можно разделить на обычные, морозо-, тропико-, огне-, кислото-, щелоче-, водо-, жиро-, масло-, озоно-, бензо-, термо- и раздиростойкие, виброгасящие, шумозащитные, электропроводящие, антистатические и т.д    Клееная фанера Фанера (англ. plywood) производится путем склеивания листов натурального деревянного шпона толщиной 0,8 - 3, преимущественного лущеного, в горячих плоских прессах. Фанера является универсальным конструкционным материалом, используемым в самых различных областях. В  мебельном производстве имеют важное значение плоскокленые  элементы, получаемые в плоских прессах и гнутоклееные - получаемые в фасонных прессформах. Для строительных целей используются  высокопрочные фанерные балки. При изготовления декоративной фанеры в качестве наружных слоев используют высококачественный строганый шпон или декоративные синтетические материалы (пленки). Последние имеют также отличные защитные свойства. В бакелитовой фанере в качестве полимерной матрицы используют готовые бакелитовые пленки, получаемые на основе бумаг, пропитанных бакелитовыми (фенолоформальдегидными) смолами. Ламинированная фанера, облицованная бумажными пленками на основе термореактивных полимеров,  обладает улучшенными физико-химическими свойствами. Она используется, например, в качестве многоразовой опалубки в производстве бетонных работ, при изготовлении железнодорожных контейнеров и т.п.    Металлопласты  Металлопласт (англ. metal-based laminate) листовой конструкционный материал, состоящий из листового металла и полимерной плёнки, нанесенной с одной или двух сторон. Толщина металла (сталь, алюминий и его сплавы, титан и др.)обычно 0,3—1,2 мм, полимерной плёнки 0,05—1 мм. Плёнка может быть из фторопластов, пластифицированного и др. полимеров. Металлопласт получают путём нанесения на полосу заранее изготовленной плёнки, погружением полосы в расплав полимера, нанесением полимерной пасты или напылением полимера в порошкообразном состоянии. Покрытие может быть одно- или многоцветным, гладким или рельефным, имитировать ценные породы дерева, мрамор и др. материалы. Металлопласт не расслаивается в процессе деформации металла при штамповке или вырубке. Изделия не нуждаются в антикоррозионной защите и декоративной отделке. М еталлопласты применяют в качестве кровельных материалов, для отделки зданий, перил балконов, в качестве водосточных желобов, внутренней обшивки стен, для изготовления дверных и оконных рам, корпусов автомобилей, холодильников, стиральных машин, радиоприёмников, телевизоров, тары для хранения агрессивных материалов, для внутренней отделки салонов пассажирских самолётов, вагонов, автофургонов и т.д.       Текстолиты (англ. textolite) изготавливают горячим прессованием нескольких слоев ткани, пропитанной  термореактивными смолами. Текстолит - хороший диэлектрик, стоек к действию слабых кислот и щелочей, имеет низкий коэффициент трения (0,02 со смазкой и 0,32 без смазки), небольшую плотность (1,3- 1,4 г/см), легко поддается механической обработке (фрезерование, распиловка, сверление, штамповка, шлифование, строгание). Текстолит используется в качестве конструкционного материала в приборо- и станкостроении, машиностроении, в том числе химическом и нефтехимическом, в автоматических системах управления, судо- и тракторостроении и других отраслях. Из текстолитов изготавливают: шестерни; сепараторы для подшипников, обеспечивающих высокие скорости; кулачки, обладающие малой инерцией для различных станков, венцы червячных колес, втулки, амортизирующие прокладки, уплотнительные кольца и т.д.

   Стеклотекстолиты

представляют собой прессованные слоистые материалы, состоящие из нескольких слоев стеклоткани, пропитанной связующим на основе эпоксидных или эпоксидно-фенольных смол. Они используется в качестве электроизоляционного и теплоизолирующего материала в радиотехнике, приборостроении, применяется в электрических высоковольтных машинах и аппаратах

   Миканиты представляют собой  слоистые композиционные материалы получаемые  на основе  слюды  с применением различных видов связующих (глифталевых, масляно-глифталевых,  кремнийорганических и др.), используемые в качестве   изоляционных  материалов в электрических машинах и аппаратах.    Многослойные стекла ( англ. laminated glass)  состоят из одного или более листов силикатного или органического стекла и одного или более слоев полимера (пленки). Трехслойные стекла обычно называют триплексами. Многослойные стекла

применяется для остекления автомобилей, самолётов, вертолётов, судов, подвижного состава железнодорожного транспорта, в строительстве  и т.д.  Входящие в состав многослойных  стекол полимерные пленки поглощают энергию удара и препятствую разлетанию осколков. Многослойные стекла используются  для антивандальных и пуленепробиваемых остеклений. В многослойных стеклах могут быть реализованы различные декоративные приемы и в последнее время они активно  используются в художественныз целях (витражи и т.п.).

   Линолеум (от лат. linum — лён, полотно и oleum — масло), полимерный рулонный материал для покрытия полов. Первоначально линолеум получали на тканевой (джутовой) основе из растительных масел (льняного, подсолнечного, тунгового), пробковой муки и др. — так называемый глифталевый линолеум. Глифталевый линолеум с 50-х гг. уступил место поливинилхлоридному лионолеуму, который получил наибольшее распространение. В зависимости от основного исходного сырья (связующего) линолеум подразделяется на поливинилхлоридный, глифталевый (алкидный), коллоксилиновый (нитролинолеум) и резиновый (релин). Линолеум может быть безосновный (одно- и многослойный) и на упрочняющей (тканевой, пергаминовой) или теплозвукоизоляционной основе. Линолеум выпускается одно- и многоцветный (мраморовидный, крапчатый, узорчатый).    Рубероид, (англ. ruberoid, asphalted paper) многослойный рулонный кровельный и гидроизоляционный материал, изготовляемый путём пропитки кровельного картона мягкими нефтяными битумами с последующим покрытием обеих поверхностей слоем тугоплавкого битума. Рубероид применяется  для устройства верхнего слоя кровельного ковра ; лицевая поверхность рубероида покрыта сплошным слоем крупнозернистой или чешуйчатой посыпки (крупный песок, слюда и др.), защищающим рубероид  от воздействия солнечных лучей. Стеклорубероид изготовляется на основе стеклотканей.     Стеклослюдопласты, стеклопленкослюдопласты изготавливются на основе слюдяных или слюдопластовых бумаг, полимерных пленок, полиэфирно-эпоксидных  или  кремнийорганических связующих. Они используются в качестве изоляционных материалов в электрических машинах и аппаратах.    Фольгированные материалы представляют собой различные слоистые конструкции, покрытые с одной или с обеих строн слоем металлической фольги. Фольгированные гетинаксы, текстолиты и стеклотекстолиты используются в качестве монтажных плат в производстве электронной аппаратуры. Фольгированные пенопласты широко применяются в качестве теплозащитных материалов, радионепрозрачных экранов, а также в качестве несущих элементов в конструкциях  летательных аппаратов и т.п.

* * * * *

Значение слоистых композитов в народном хозяйстве будет постоянно возрастать, а их ассортимент увеличиваться за счет использования традиционных и новых высокотехнологичных материалов и их сочетаний. В развитии мебельного производства и деревообрабатывающей прпомышленности они будут играть  важные роли. Компании, которые интересуются проверенным недорогим пропиточным оборудованием (КНР) для импрегнирования  декоративных и технических бумаг, а также прессами для пластика могут обратиться ко мне для получения предложения на поставку оборудования.

18 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.

Компоненты композиционного материала различны по геометрическому признаку. Компонент, непрерывный во всем объеме композиционного материала, называется матрицей. Компонент прерывистый, разделенный в объеме композиционного материала, называется арматурой.

Матрица придает требуемую форму изделию, влияет на создание свойств композиционного материала, защищает арматуру от механических повреждений и других воздействий среды.

В качестве матриц в композиционных материалах могут быть использованы металлы и их сплавы, полимеры органические и неорганические, керамические, углеродные и другие материалы. Свойства матрицы определяют технологические параметры процесса получения композиции и ее эксплуатационные свойства: плотность, удельную прочность, рабочую температуру, сопротивление усталостному разрушению и воздействию агрессивных сред.

Армирующие или упрочняющие компоненты равномерно распределены в матрице. Они, как правило, обладают высокой прочностью, твердостью и модулем упругости и по этим показателям значительно превосходят матрицу. Вместо термина армирующий компонент можно использовать термин наполнитель.

Композиционные материалы классифицируют по геометрии наполнителя, расположению его в матрице, природе компонентов.

По геометрии наполнителя композиционные материалы подразделяются на три группы:

 с нуль-мерными наполнителями, размеры которых в трех измерениях имеют один и тот же порядок;

 с одномерными наполнителями, один из размеров которых значительно превышает два других;

 с двухмерными наполнителями, два размера которых значительно превышают третий.

По схеме расположения наполнителей выделяют три группы композиционных материалов:

 с одноосным (линейным) расположением наполнителя в виде волокон, нитей, нитевидных кристаллов в матрице параллельно друг другу;

 с двухосным (плоскостным) расположением армирующего наполнителя, матов из нитевидных кристаллов, фольги в матрице в параллельных плоскостях;

 с трехосным (объемным) расположением армирующего наполнителя и отсутствием преимущественного направления в его расположении.

По природе компонентов композиционные материалы разделяются на четыре группы:

 композиционные материалы, содержащие компонент из металлов или сплавов;

 композиционные материалы, содержащие компонент из неорганических соединений оксидов, карбидов, нитридов и др.;

 композиционные материалы, содержащие компонент из неметаллических элементов, углерода, бора и др.;

 композиционные материалы, содержащие компонент из органических соединений эпоксидных, полиэфирных, фенольных и др.

Свойства композиционных материалов зависят не только от физико-химических свойств компонентов, но и от прочности связи между ними. Максимальная прочность достигается, если между матрицей и арматурой происходит образование твердых растворов или химических соединений.

В композиционных материалах с нуль-мерным наполнителем наибольшее распространение получила металлическая матрица. Композиции на металлической основе упрочняются равномерно распределенными дисперсными частицами различной дисперсности. Такие материалы отличаются изотропностью свойств.

В таких материалах матрица воспринимает всю нагрузку, а дисперсные частицы наполнителя препятствуют развитию пластической деформации. Эффективное упрочнение достигается при содержании 5…10 % частиц наполнителя.

Армирующими наполнителями служат частицы тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов.

Дисперсионно упрочненные композиционные материалы получают методами порошковой металлургии или вводят частицы армирующего порошка в жидкий расплав металла или сплава.

Промышленное применение нашли композиционные материалы на основе алюминия, упрочненные частицами оксида алюминия (Al₂O₃). Их получают прессованием алюминиевой пудры с последующим спеканием - САП. Преимущества САП проявляются при температурах выше 300^oС, когда алюминиевые сплавы разупрочняются. Дисперсионно упрочненные сплавы сохраняют эффект упрочнения до температуры 0,8 Т_пл.

Сплавы САП удовлетворительно деформируются, легко обрабатываются резанием, свариваются аргонодуговой и контактной сваркой. Из САП выпускают полуфабрикаты в виде листов, профилей, труб, фольги. Из них изготавливают лопатки компрессоров, вентиляторов и турбин, поршневые штоки.

В композиционных материалах с одномерными наполнителями упрочнителями являются одномерные элементы в форме нитевидных кристаллов, волокон, проволоки, которые скрепляются матрицей в единый монолит. Важно, чтобы прочные волокна были равномерно распределены в пластичной матрице. Для армирования композиционных материалов используют непрерывные дискретные волокна с размерами в поперечном сечении от долей до сотен микрометров.

Материалы, армированные нитевидными монокристаллами, были созданы в начале семидесятых годов для авиационных и космических конструкций. Основным способом выращивания нитевидных кристаллов является выращивание их из перенасыщенного пара ПК-процесс. Для производства особо высокопрочных нитевидных кристаллов оксидов и других соединений осуществляется рост по П-Ж-К – механизму: направленный рост кристаллов происходит из парообразного состояния через промежуточную жидкую фазу.

Осуществляется создание нитевидных кристаллов вытягиванием жидкости через фильеры. Прочность кристаллов зависит от сечения и гладкости поверхности.

Композиционные материалы этого типа перспективны как высокожаропрочные материалы. Для увеличения к.п.д. тепловых машин лопатки газовых турбин изготавливают из никелевых сплавов, армированных нитями сапфира (Al₂O₃), это позволяет значительно повысить температуру на входе в турбину (предел прочности сапфировых кристаллов при температуре 1680^oС выше 700 МПа).

Армирование сопл ракет из порошков вольфрама и молибдена производят кристаллами сапфира как в виде войлока, так и отдельных волокон, в результате этого удалось удвоить прочность материала при температуре 1650^oС. Армирование пропиточного полимера стеклотекстолитов нитевидными волокнами увеличивает их прочность. Армирование литого металла снижает его хрупкость в конструкциях. Перспективно упрочнение стекла неориентированными нитевидными кристаллами.

Для армирования композиционных материалов применяют металлическую проволоку из разных металлов: стали разного состава, вольфрама, ниобия, титана, магния – в зависимости от условий работы. Стальная проволока перерабатывается в тканые сетки, которые используются для получения композиционных материалов с ориентацией арматуры в двух направлениях.

Для армирования легких металлов применяются волокна бора, карбида кремния. Особенно ценными свойствами обладают углеродистые волокна, их применяют для армирования металлических, керамических и полимерных композиционных материалов.

Эвтектические композиционные материалы – сплавы эвтектического или близкого к эвтектическому состава, в которых упрочняющей фазой выступают ориентированные кристаллы, образующиеся в процессе направленной кристаллизации. В отличие от обычных композиционных материалов, эвтектические получают за одну операцию. Направленная ориентированная структура может быть получена на уже готовых изделиях. Форма образующихся кристаллов может быть в виде волокон или пластин. Способами направленной кристаллизации получают композиционные материалы на основе алюминия, магния, меди, кобальта, титана, ниобия и других элементов, поэтому они используются в широком интервале температур.