Пластинчатые металлические композиционные материалы

Материалы указанного в названии типа имеют матрицу из сплава лёгкого металла и упрочнитель, моноволокна которого являются химическими соединениями этого металла с легирующими компонентами и возникают непосредственно в процессе его кристаллизации по определённым режимам, причём варьируя содержанием доли упрочнителя в общем объёме, возможно ориентировать волокна в нужном направлении: вдоль нагрузки или под углом к ней. При этом прочность имеет максимальное значение только вдоль нагрузки, но величина прочности падает с увеличением угла поворота волокна. Проведение кристаллизации сплава с эвтектоидным (процентное содержание компонентов сплава под низшей точкой температуры плавления) содержанием компонентов позволяет получать пластинчатую форму волокон, что несколько снижает прочность сплава в целом, но зато делает её равномерной во всех направлениях.

1) Композиционные материалы на основе алюминия

Упрочнитель – химические соединения Al₃Ni и CuAl₂. Марки соответственно: ЭКМ Al- Al₃Ni и ЭКМ Al- CuAl₂.

Буквы обозначают: Э – эвтектоидный, К – композиционный, М – материал.

Прочность = 340 и 650 МПа соответственно при нормальных температурах. При повышенных температурах оба указанных ЭКМ уменьшают прочность на разрыв в 5 и 8 раз, но сохраняют стабильность структуры: волокна не изменяют своей формы. Высокое значение удельной прочности относительно простых алюминиевых сплавов и даже стали. Снижение трудоёмкости изготовления деталей, так как упрочнитель сам образуется внутри матрицы при кристаллизации.

2) Применение: в самолёто- и ракетостроении – детали, испытывающие высокие нагрузки при высоких температурах, в электротехнической промышленности – высокопрочные электрические провода, детали токопроводящей аппаратуры.

Волокнистые неметаллические композиционные

Материалы

Материалы указанного в названии типа имеют матрицу из лёгкого полимера и упрочнитель, представляющий собой нитевидные кристаллы бора, углерода и различных соединений: оксидов, нитридов, карбидов химических элементов.

Отличительным свойством волокнистого (одномерного) упрочнителя является ориентированность волокон в одном направлении: только в этом случае в этом направлении достигается наибольшая прочность на разрыв и изгиб. Изменение направления волокон под углом к направлению основной нагрузки снижает величину соответствующего сопротивления, но повышает его в других направлениях.

1) Композиционные материалы с полимерным связующим

Упрочнитель – углеродные волокна. Марки: КМУ-1, КМУ-2. Название: углепластики или карбоволокниты.

Буквы обозначают: К – композиционный, М – материал, У – с углеродным упрочнителем; цифры – условный номер.

Прочность вдоль волокон = 740...900 МПа, поперёк – = 100 МПа при нормальных температурах. Высокое значение удельной прочности относительно простых алюминиевых сплавов и даже стали.

Термическая стойкость соответственно 100 и 300 °С.

2) Упрочнитель – волокна бора. Марки: КМБ-1; КМБ-2.

Буквы обозначают: К – композитный, М – материал, Б – с волокнами бора; цифра – условный номер.

Прочность при сжатии = 1200 МПа, при изгибе = 1600 МПа при нормальных температурах. Высокое значение удельной прочности относительно простых алюминиевых сплавов и даже стали.

Термическая стойкость соответственно 200 и 300 °С.

3) Применение: в самолёто- и ракетостроении – детали, испытывающие высокие нагрузки при высоких температурах: рамы солнечных батарей, лопасти винта вертолётов, лопатки турбин, компрессоры, детали авиационных двигателей.

5.5 Практическое занятие №7