Определение КМ и основа разработки КМ

Композиционные материалы (КМ) — искусственно созданные неоднородные сплошные сложные материалы, состоящие из 2-х или более компонентов (дискретных элементов и связующей их матрицы) из химически разнородных компонентов, нерастворимых друг в друге и связанных между собой в результате адгезии и обладающие специфическими свойствами, отличными от суммарных свойств составляющих их компонентов.

Основа разработки КМ

1. Условия эксплуатации изделия определяют основные требования к свойствам композита и его компонентов.

2. Выбор материала матрицы определяется в первую очередь рабочей температурой композиционного материала, а также механическими, химическими и физическими параметрами требующего КМ.

3. В выборе материала волокон руководствуются четырьмя критериями:

● видом прочности композита (постоянной или ударной);

● жёсткостью (деформируемостью) композита;

● смачиванием волокна и его химической устойчивостью в расплаве матрицы.

Выбор конфигурации армирующего элемента композита определяется следующими факторами:

● зависимостью прочности композита от ориентации волокон;

● гибкостью волокон;

● экономическими затратами на изготовление

4. Затем оптимизируют состав композита по технико-экономическим критериям.

5. Выбор материала матрицы и геометрической структуры композита диктует выбор способа его изготовления.

Разработка композиционного материала, как правило, базируется на результатах научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области материаловедения.

Армирующие элементы км и их классификация.

Армирующий элемент (наполнитель) – составляющий элемент КМ, воспринимающий внешнюю нагрузку, является разделенным в объеме и придает специальные свойства.

Основная функция наполнителя - обеспечить механические свойства КМ. Материал наполнителя должен иметь высокую прочность во всём интервале температур, малую плотность, быть нерастворимым в матрице и нетоксичным.

Классификация по структуре распределения волокон. По структуре волокнистые наполнители делятся на 4 группы:

·  однонаправленные непрерывные (нити, ровинг, ленты и жгуты)

·  тканые (для получения слоистых КМ)

·  объемного плетения - переплетением нитей (жгутов), в том числе их системой в количестве от трех и более, и жестких стержней с различной архитектурно достигаемой конфигурацией.

·  нетканые – варианты хаотически расположенных волокон, соединенных между собой одним из трех способов — обычным фрикционным сцеплением, прошивкой полотна текстильной нитью или склеиванием.

Классификация по виду материала. В настоящее время широкое применение нашли армирующие компоненты, изготовленные из:

- металлов и сплавов (сталь, бериллий, вольфрамат титана и др.);

- неметаллов, таких, как углерод и бор;

- керамики А1₂О₃, SiC, TiB₂, TiC, AlN и др.;

- стекол, (популярные классы - Е (electrical) – низкой электрической проводимости; ‐ S (strength) – высокой прочности);

- органических веществ, таких, как лавсан, кевлар, полиэтилен и др.               

Классификация КМ по геометрии армирующих элементов

Армирующие элементы	Композиционные материалы
Порошки	Порошковые – дисперсно-упрочненные КМ
Волокна	Волокнистые – КМ, армированные непрерывными и дискретными волокнами
Пластины	Пластинчатые – слоистые КМ, состоящие из чередующихся непрерывных и дискретных пластин

Классификация КМ по структуре и расположению компонентов
В соответствии с этой классификацией КМ делятся на группы с матричной, слоистой, каркасной и комбинированной структурой.

· Матричную структуру имеют дисперсно-упрочненные и армированные КМ

· К материалам со слоистой структурой относятся композиции, полученные из набора чередующихся слоев фольги или листов материалов различной природы и состава.

· К композиционным материалам с каркасной структурой относятся материалы, полученные методом пропитки.

· Комбинированную структуру имеют материалы, содержащие комбинации первых трех групп.

Классификация КМ по методам получения (технологический принцип) В соответствии с этой классификацией КМ делятся на материалы, полученные жидкофазными и твердофазными методами, а также методами осаждения – напыления, комбинированными методами.