Неметаллические конструкционные материалы

1.

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ
МАТЕРИАЛЫ

2.

3.

МАТЕРИАЛЫ
КРИСТАЛЫ
100 % кристаллической фазы
КЕРАМИКИ
до 100% кристаллической
фазы
ПОЛИМЕРЫ
до 80% кристаллической
фазы
КОМПОЗИТЫ

4.

Твёрдые сплавы
Без
вольфрамовые
Трёхкарбидные
Двухкарбидные
Однокарбидные
ТНМ30
ТНМ20
ТТ10К8Б
ТТ7К12
Т5К10
Т15К6
ВК15
ВК8

5.

Абразивные материалы
Оксид хрома зелёный
(Cr2O3)
Карбору́нд
(SiC)
ZrO2
Кварц (SiO2)
Электрокорунд
Корунд (Al2O3)
Карбид бора
(B4C)

6.

Сверхтвёрдые материалы
Алмаз
Из синтетических (АС)
Из природных алмазов (А)
Микропорошк
и (80…1 мкм)
Субмикропор
ошки
(1,0…0,1 мкм)
Шлифпорошк
и (3000…40
мкм)
Микропорошк
и (80…1 мкм)
Субмикропор
ошки
(1,0…0,1 мкм)
А1…А8
АМ, АН
АМ1, АМ5
АС2, АС160,
АРВ1
АСМ, АСН
АСМ1, АСМ5
Эльбор (BN)
Шлифпорошк
и (3000…40
мкм)

7. Полимеры (пластмассы)

Пластмассы, или высокополимеры – это искусственные твердые материалы с большой
молекулярной массой (свыше 104 атомных единиц). Структурным элементом в
пластмассах является макромолекула – линейное или разветвленное образование из
большого числа молекул мономера, соединенных ковалентными связями: (–CH2–CH2–)n.
В термопластичных пластмассах между макромолекулами действуют только
относительно слабые силы Ван-дер-Ваальса;
в термореактивных полимерах линейные макромолекулы соединены поперечными
ковалентными связями.

8. Композиционные материалы

Композиты – сложные материалы, в состав которых входят сильно
отличающиеся по свойствам, не растворимые друг в друге и разделенные ярко
выраженной границей компоненты.
Композиционный материал состоит из основы, или матрицы (металлической или
полимерной) и наполнителя, или армирующего компонента.
Форма наполнителей в композиционных материалах:
а – частицы; б – волокна; в – пластины, листы, ткань

9. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы

Наполнители: Al2O3, SiO2, BN, SiC
Матрицы: либо материалы с малой плотностью (алюминий, магний, титан и их сплавы),
либо жаропрочные материалы (никель)
Получение:
прессованием
спеканием
введением наполнителя в жидкую матрицу перед разливкой.

10. Волокнистые композиционные материалы

Наполнители: волокна или нитевидные кристаллы: углеродные, борные, из SiC, Al2O3,
стекла, а также проволока из коррозионно-стойкой стали, молибдена, вольфрама,
бериллия.
Для матриц используются те же металлы, что и для предыдущей группы.
Расположение армирующих волокон в композитах:
а – одноосное; б – двухосное; в – трехосное

11.

Анизотропия свойств

12. Композиционные материалы на полимерной основе

В композитах на полимерной основе усилие от матрицы передается
армирующему волокну за счет сил межмолекулярного взаимодействия
адгезионного характера. Необходимо полное смачивание жидким
связующим поверхности волокон.
Борные и углеродные волокна лучше смачиваются эпоксидной смолой.
Так получаются боропластики и углепластики.
Стекловолокниты имеют максимальную прочность и удельную прочность: σв
составляет 700 МПа и даже 2400 МПа (при уменьшении диаметра волокон и добавке
монокристаллов Al2O3 в матрицу).

13. Углепластик

Карбон и его применение

14. Карбон

Углепластики — полимерные композиционные
материалы из переплетённых нитей углеродного
волокна, расположенных в матрице из полимерных
смол. Плотность — от 1450 кг/куб.м.
Материалы отличаются высокой прочностью,
жёсткостью и удельной прочностью.
Вследствие дороговизны этот материал обычно
применяют в качестве усиливающих дополнений в
основном материале конструкции.

15. Основные сведения

Основная составляющая
часть углепластика —
это нити углерода. Такие
нити очень тонкие,
сломать их очень
просто, а вот порвать
достаточно трудно. Из
этих нитей сплетаются
ткани. Они могут иметь
разный рисунок
плетения.
Для придания ещё большей
прочности ткани из нитей углерода
кладут слоями, каждый раз меняя
угол направления плетения. Слои
скрепляются с
помощью эпоксидных смол.
Нити углерода обычно получают
термической обработкой
химических или природных
органических волокон, при которой
в материале волокна остаются
главным образом атомы углерода.
Температурная обработка состоит
из нескольких этапов.
По прочности карбон превосходит сталь в 15 раз, а по упругости в 3 раза.
Настоящий карбон может быть только черным

16. Углеткань выстилается в форму, предварительно смазанную антиадгезивом .Пропитывается смолой. Излишки смолы удаляются в вакууме

Производство
Прессование.
Контактное формование
На примере изготовление бампера:
берется деталь,смазывается
разделительным слоем. Затем на нее
напыляется монтажная пена . После
отвердевания снимается матрица.
Затем её смазывают разделительным
слоем и выкладывают ткань. Затем
ткань прокатывается валиками — для
уплотнения и удаления пузырьков
воздуха. Затем полимеризация.

17. Положительные стороны карбона

1.Карбон обладает жесткостью, которая по параметрам прочнее стали.
2.Структура этого углеволокна содержит вытянутые нити углеродных
смесей при горячей температуре
3.Как и многие углеродоподобные материалы,карбон особо пластичен и
легок.
4.Порвать нити углеродных смесей практически невозможно.
5.Карбон выдерживает температуру от -80⁰С до +180⁰С

18. Недостатки углепластика

1. Боязнь «точечных» ударов. Например, капот из карбона может
превратиться в решето после частого попадания мелких
камней. В отличие от металлических деталей или деталей из
стеклоткани, восстановить первоначальный вид карбоновых
деталей невозможно. Поэтому, после даже незначительного
повреждения всю деталь придется менять целиком. Кроме того,
детали из карбона подвержены выцветанию под воздействием
солнечных лучей.
2. Углепластик же не так лёгок и дешёв в переработке и поэтому
его вторичное использование под большим вопросом.

19. Наноматериалы

- материалы, содержащие структурные элементы,
геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не
превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами и
эксплуатационными характеристиками.