Вопрос №13:Из каких материалов можно получить наиболее прочные композиты.

В зависимости от вида армирования композиты могут быть разделены на две группы: дисперсно-упрочненные и волокнистые, которые отличаются структурой и механизмом образования вы­сокой прочности.

Дисперсно-упрочненные композиты представляют собой мате­риал, в матрице которого равномерно распределены мелкодис­персные частицы, оптимальное их содержание 2-4%. Но эффект упрочнения связан с размерами частиц и их сближением, т.е. кон­центрацией. Например, при упрочнении мелкими частицами d - 0, 001-0, 1 мкм объемная концентрация может доходить до 15%; при частицах более 1, 0 мкм объемная концентрация может быть 25% и более. При этом повышается прочность, твердость, тепло­стойкость, сохраняется эластичность (например, матрица - битум, каучук, полимер; упрочняющие частицы - мел, слюда, углерод, кремнезем, известняк). В таких материалах при нагружении всю на­грузку воспринимает матрица.

В волокнистых композитах высокопрочные волокна воспри­нимают основные напряжения при внешних нагрузках и обеспечи­вают жесткость и прочность композита. Особенность волокнистой композиционной структуры заключается в равномерном распреде­лении волокон в пластичной матрице, объемная доля их может достигать 75% и более.

Армирующие волокна должны удовлетворять комплексу экс­плуатационных и технологических требований. К первым относят­ся требования по прочности, жесткости, плотности, стабильности свойств в определенном температурном интервале, химической стойкости и т.п.

Теоретическая прочность материалов возрастает с увеличением модуля упругости и поверхностной энергии вещества и падает с увеличением расстояния между соседними атомными плоскостями.

Таким образом, высокопрочные твердые тела должны иметь вы­сокие модули упругости и поверхностную энергию и возможно большее число атомов в единице объема. Этим требованиям удов­летворяют бериллий, бор, углерод, азот, кислород, алюминий и кремний. Наиболее прочные материалы всегда содержат один из этих элементов, а зачастую состоят только из этих элементов.

При создании волокнистых композитов применяются высоко­прочные стеклянные, углеродные, борные и органические волокна, металлические проволоки, а также волокна и нитевидные кристал­лы ряда карбидов, оксидов, нитридов и других соединений. Арма­турные компоненты в композитах применяются в виде моноволо­кон, нитей, проволок, жгутов, сеток, тканей, лент, холстов.

К технологическим требованиям относятся такие, которые дают возможность создания высокопроизводительного процесса изго­товления изделий на их основе. Важным требованием также явля­ется совместимость волокон с материалом матрицы, т.е. возмож­ность достижения прочной связи волокно-матрица при сохранении исходных значений механических свойств компонентов.