Композити: відмінності між версіями

[[Файл:Plywood.jpg|thumb|right|200px|[[Фанера]] - — композиційний матеріал]]

'''КомпозиційнимиКомпозиці́йними матеріаламиматеріа́лами''' (КМ), або ''композитамикомпози́тами'', називають [[матеріал]]и, отримані поєднанням двох або більше компонентів, які нерозчинні або малорозчинні один в одному і мають властивості, що сильно відрізняються. Один компонент пластичний (зв’язувальназв'язувальна речовина, або матриця), а другий має високі характеристики міцності (наповнювач, або зміцнювач). Таким чином, у КМ кожний компонент грає свою специфічну роль: матриця забезпечує пластичність, зміцнювач - — міцність матеріалу; Особливий клас КМ - — це природні КМ.

* за схемою армування (для волокнистих матеріалів) - — з одноосьовим, двохосьовим, трьохосьовим, багато осьовим армуванням;

* за видом матеріалу зміцнювача (металеві частинки, металеві волокна і шари, вуглецеві, борні, скляні, органічні, керамічні волокна). Залежно від технології введення армувальних волокон у матрицю застосовують різні форми армувальних елементів - — нитки,

Властивості КМ залежать від матеріалу матриці і зміцнювача, кількісного їх співвідношення, форми зміцнювача, для волокнистих КМ - — від схеми армування і довжини волокон.

Механізм зміцнення таких КМ дисперсними частинками і волокнами принципово різний. У дисперсно-зміцнених КМ міцність залежить від здатності дисперсних частинок гальмувати рух дислокацій у матриці. При цьому основне навантаження сприймає матриця, і міцність великою мірою залежить від відстані між частинками та їх розмірів. Залежно від розміру зміцнювальних частинок дисперсно-зміцнені матеріали поділяють на два типи: матеріали з частинками 0,01.-.0,1 мкм у кількості до 15 % і композити з частинками, які перевищують за розмірами 1 мкм, при загальній кількості більше 25 %. В матеріалах першого типу матриця несе основне навантаження, тоді як частинки утруднюють переміщення дислокацій і тим самим викликають зміцнення. Коефіцієнт зміцнення, оцінений як відношення тимчасового опору композиту до тимчасового опору матриці σ_комп /σ_матр, для них може досягати 15. У композитах другого типу навантаження розподіляється між матрицею й зміцнювальними частинками. Крім того, ці частинки, як і в першому випадку, перешкоджають руху дислокацій. Загальне зміцнення σ_комп /σ_матр досягає 25.

В композитах, армованих волокнами, матриця є середовищем, що передає навантаження волокнам і розподіляє його між ними. Отже, міцність таких КМ при незмінній кількості зміцнювача залежить від міцності волокон, сили зчеплення між волокнами і матри¬цею і від опору матриці зсуву. Як приклад приведемо композит "«Алор"» (алюмінієва матриця + органічне волокно). Якщо в А1 σв ~ 50 МПа, то в такому КМ σв ~ 500-600500–600 МПа, а швидкість росту тріщини, у порівнянні з А1, знижується більш ніж у 20 разів. Це зумовлено гальмуванням розвитку тріщини волокнами.

Кількість зміцнювана у волокнистих КМ може мінятися від декількох відсотків до 70 - — 80 %, а коефіцієнт зміцнення досягає 50.

Полімерні матриці (епоксидна, фенолоформальдегідна, поліамідна) в основному служать для зв'язування зміцнювача і придання виробу потрібної форми. Зміцнювальними матеріалами є, головним чином, волокна (скляні, вуглецеві, борні, органічні), вуса карбідів, нітридів, боридів, оксидів, а також металевий дріт. Армувальні ма¬теріали можуть бути у вигляді окремих волокон або ниток, джгутів, стрічок, багатошарових тканин. Вміст зміцнювача становить 60-80 % при використанні безперервних волокон і 20-30 % для дискретних волокон і вусів.

КМ з полімерною матрицею, зокрема, матеріали, армовані скляним волокном (склопластики), можуть з успіхом замінити сталь при виготовленні кузовів автомобілів. Лист із такого КМ роз¬міром 1,8x3 8×3 м важить всього 2,4  кг. Це приводить до зниження маси автомобіля на 500-1000 500–1000 кг, що дозволяє загалом заощадити близько 1  млн. тонн металу і значно зменшити витрати палива.

Вугле- і склопластики є перспективними матеріалами для використання в будівництві у вигляді профілів (балок, швелерів, двотаврів і  т. д.). Вуглепластик застосовують для виготовлення деталей автомобіля: шатунів, ресор, карданних валів, при цьому вироби стають дуже легкими. Компанія «Форд» більше 1000 видів деталей автомобіля виготовляє з КМ.

Керамічні матеріали одержують спіканням при 1500-25001500–2500 °С оксидів, силіцидів або сполук металу з вуглецем, азотом, бором (карбідів, нітридів, боридів). Серед оксидів найчастіше використовують корунд (Аl₂О₃), з карбідів - — карборунд (SiС), з нітридів - — Sі₃N₄. Усі ці сполуки мають високу температуру плавлення (від 1800 до 2700 °С) і високу твердість і міцність (при 1000-12001000–1200 °С близько 500 МПа).

Керамічні матеріали відрізняються високою тепло-, жаро-, ерозійною стійкістю, тому вони дуже привабливі для виготовлення відповідальних важко навантажених виробів (високотемпературні підшипники, лопатки газотурбінних двигунів, деталі двигунів внутрішнього згоряння, носові обтікачі ракет тощо). Правда, вони мають невисоку в'язкість руйнування. Однак добавка більш в'язкого наповнювача робить можливим їх промислове використання. Так, використання в двигунах внутрішнього згоряння КМ, який складається з 70 % Аl₂О₃ і 30 % Сr, дозволило підвищити робочу температуру на 50 %, що знизило витрати палива на 3О %.

Вуглець-вуглецеві матеріали мають малу густину (1,3...23…2,1 т/м³). їх механічні властивості великою мірою залежать від схеми армування: ав може змінюватися від 100 до 1000 МПа. Преференційним є багато-осьове армування. Унікальна особливість таких матеріалів - — збільшення міцності і модуля пружності з підвищенням температури.

Вуглець-вуглецевий матеріал був застосований для облицювання фюзеляжу і носових частин крила орбітального корабля багаторазового використання "«Буран"». Зазначені конструкції працюють в особливо важких умовах і при вході корабля в атмосферу розігріваються до 1500 °С. Після посадки корабля руйнувань матеріалу не було виявлено.

В Україні започатковані принципово нові методи добування композитів, наприклад на основі боридів металів (відновлення оксидів металів [[бор]]ом у [[вакуум]]і та [[карбід бору|карбідом бору]]). Освоєно метод прямого синтезу [[силіцид]]ів з металу й [[кремній|силіцію]], а також безпосереднє відновлення оксидів металів силіцієм тощо. Багатьма своїми властивостями  — міцністю, [[ударна в'язкість|ударною в'язкістю]], [[утомна міцність|міцністю на утому]] тощо  — композити значно перевищують традиційні матеріали, завдяки чому потреби суспільства в них і взагалі у нових матеріалах безперервно зростають.