Композиционные материалы

1.

Композиционные
материалы

2.

Композиционные
материалы (КМ)
представляют собой гетерогенные
системы, которые состоят из двух
или более компонентов,
сохраняющих свою структуру и
свойства в составе композита и
разделены выраженной границей.
Состав, форма и распределение
компонентов материала
запроектированы.
Материал неоднороден в
микромасштабе и однороден в
макромасштабе.

3.

Матрица
+
Наполни
тель
КМ
•Матрица – это непрерывная составляющая, которая связывает композицию,
ответственна за образование формы изделия, принимает на себя
эксплуатационные нагрузки и передает их на арматуру. От свойств матрицы
зависят технологические режимы получения КМ.
•В матрице равномерно распределены остальные компоненты: наполнители
или армирующие элементы. Армирующие компоненты могут изменять
прочностные и др. характеристики КМ

4.

Схема КМ
При механическом нагружении композита напряжения достигают
максимальных значений именно на границах раздела компонентов. Главная
функция слоя – снизить локальные напряжения и обеспечить равномерную
передачу нагрузки на границе раздела. Слой не должен разрушаться под
действием усадочных, термических напряжений.

5.

Классификация композиционных материалов
Классифицируют КМ по следующим критериям:
1. Происхождению: природные, искусственные, синтетические.
2. Назначению: общетехнические (элементы конструкций) и
специальные (в составе изделий выполняют специальные функции
–снижение трения, защита от коррозии и звуко-, теплоизоляция
т.п.)
3. По материалу матрицы:
•полимерные
•металлические
•керамические
•неорганические (на минеральной, углеродной, оксидной и т.д.
матрицах)
•комбинированные
Матрица придает изделию заданную форму и монолитность, обеспечивает
передачу и распределение нагрузки в объеме материала.

6.

4. По природе компонентов, вводимых в матрицу:
•Наполненные композиты
Содержат в матрице дисперсные наполнители, которые
выполняют функции: изменяют механические показатели и
придают специальные свойства; улучшают технологичность
композита; снижают стоимость
•Армированные композиты
Содержат армирующие элементы (арматуру), а именно: волокна,
нити, ткани, листовые материалы, объемные волокнистые и
пористые элементы. Арматура прочнее, чем матрица. В
названиях композитов часто отражается природа арматуры –
графитопласты, металлокерамика, стекловолокниты и т.п.
В состав композитов могут одновременно входить и
наполнители, и армирующие элементы.

7.

5. По размеру и форме фазовых включений(компонентов):
макро-, микро-, нано-.
Формы наполнителя:

8.

6. По признакам структуры: дисперсно-наполненные,
волокнистые, слоистые, каркасные и комбинированные.
Дисперсно-наполненные композиты
Дисперсная фаза: порошок, короткие волокна, микросферы и
т.п.
При хаотическом расположении частиц материалы изотропны, а
при ориентированном или неравномерном с градиентом
концентрации – анизотропны.

9.

Волокнистые композиты – это материалы с непрерывной
матрицей, соединяющей длинные волокна.
При хаотическом расположении однонаправленных или
извитых волокон композиты изотропны.

10.

Волокнистые композиты отличаются повышенной
трещиностойкостью при одноосном растяжении благодаря
реализации в них механизма поглощения энергии в вершине
растущей трещины.

11.

Слоистые композиты
Материалы, состоящие из листовых (ткани, бумага,
фольга, пленка) или расположенных послойно
волокнистых компонентов, скрепленных между
собой с помощью связующего.

12.

Каркасные композиты
Материалы состоящие из двух или более
непрерывных фаз.

13.

Комбинированные композиты
Имеют признаки нескольких структурных типов КМ
Полиармированный КМ включает два и более различных по
природе и структуре упрочняющих элемента (напр., наполнен и
армирован).

14.

7. По методам получения композиты классифицируют:
•по фазовому состоянию компонентов во время их соединения в
композиционный материал. Компоненты могут находиться в
твердой, жидкой, газообразной фазах, в вязкотекучем состоянии.
•по признаку ключевой технологической операции их
формирования:
•пропиточные материалы
•порошковые композиты
•газофазные композиты
•формируемые по экструзионной технологии