Загрузка...
скачать
Реферат на тему:

Композиционный материал


Cfaser haarrp.jpg

План:

    Введение
  • 1 Преимущества композиционных материалов
  • 2 Недостатки композиционных материалов
  • 3 Области применения
    • 3.1 Товары широкого потребления
    • 3.2 Спортивное оборудование
    • 3.3 Машиностроение
      • 3.3.1 Характеристика
      • 3.3.2 Технические характеристики
      • 3.3.3 Технико-экономические преимущества
      • 3.3.4 Области применения технологии
    • 3.4 Авиация и космонавтика
    • 3.5 Вооружение и военная техника
  • Литература

Введение

Обычная клеенная фанера является широко распространённым композиционным материалом
Kohlenstofffasermatte.jpg
Cfaser haarrp.jpg

Композицио́нный материа́л (компози́т, КМ) — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы. В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица (или связующее) обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.

Механическое поведение композиции определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора исходных ком­понентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.

В результате совмещения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств композиции, не только отражающий исходные характеристики его компонентов, но и включающий свойства, которыми изолированные компоненты не обладают. В частности, наличие границ раздела между армирующими элементами и матрицей существенно повышает трещиностойкость материала, и в композициях, в отличие от однородных металлов, повышение статической прочности приводит не к снижению, а, как правило, к повышению характеристик вязкости разрушения.

Для создания композиции используются самые разные армирующие наполнители и матрицы. Это — гетинакс и текстолит (слоистые пластики из бумаги или ткани, склеенной термореактивным клеем), стекло- и графитопласт (ткань или намотанное волокно из стекла или графита, пропитанные эпоксидными клеями), фанера… Есть материалы, в которых тонкое волокно из высокопрочных сплавов залито алюминиевой массой. Булат — один из древнейших композиционных материалов. В нем тончайшие слои (иногда нити) высокоуглеродистой стали «склеены» мягким низкоуглеродным железом.

В последнее время материаловеды экспериментируют с целью создать более удобные в производстве, а значит — и более дешёвые материалы. Исследуются саморастущие кристаллические структуры, склеенные в единую массу полимерным клеем (цементы с добавками водорастворимых клеев), композиции из термопласта с короткими армирующими волоконцами и пр.


1. Преимущества композиционных материалов

Composite 3d.png

Главное преимущество КМ в том, что материал и конструкция создается одновременно. Стоит сразу оговорить, что КМ создаются под выполнение данных задач, соответственно не могут вмещать в себя все возможные преимущества, но, проектируя новый композит, инженер волен задать ему характеристики значительно превосходящие характеристики традиционных материалов при выполнении данной цели в данном механизме, но уступающие им в каких-либо других аспектах. Это значит, что КМ не может быть лучше традиционного материала во всём, то есть для каждого изделия инженер проводит все необходимые расчёты и только потом выбирает оптимум между материалами для производства.

  • высокая удельная прочность (прочность 3500 МПа)
  • высокая жёсткость (модуль упругости 130…140 - 240 ГПа)
  • высокая износостойкость
  • высокая усталостная прочность
  • из КМ возможно изготовить размеростабильные конструкции
  • легкость

Причём, разные классы композитов могут обладать одним или несколькими преимуществами. Некоторых преимуществ невозможно добиться одновременно.


2. Недостатки композиционных материалов

Большинство классов композитов (но не все) обладают недостатками:

  • высокая стоимость
  • анизотропия свойств
  • повышенная наукоёмкость производства, необходимость специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны

3. Области применения

Durasteel pressurisation duct1.jpg

3.1. Товары широкого потребления

Примеры:

  • Железобетон — один из старейших и простейших композиционных материалов
  • Удилища для рыбной ловли из стеклопластика и углепластика
  • Лодки из стеклопластика
  • Автомобильные покрышки
  • Металлокомпозиты

3.2. Спортивное оборудование

  • оборудование для горнолыжного спорта - палки и лыжи
  • Хоккейные клюшки и коньки

байдарки,каноэ и вёсла к ним

3.3. Машиностроение

В машиностроении композиционные материалы широко применяются для создания защитных покрытий на поверхностях трения, а также для изготовления различных деталей двигателей внутреннего сгорания (поршни, шатуны).

3.3.1. Характеристика

Durasteel frontal view.jpg

Технология применяется для формирования на поверхностях в парах трения сталь-резина дополнительных защитных покрытий. Применение технологии позволяет увеличить рабочий цикл уплотнений и валов промышленного оборудования, работающих в водной среде.

Композиционные материалы состоят из нескольких функционально отличных материалов. Основу неорганических материалов составляют модифицированные различными добавками силикаты магния, железа, алюминия. Фазовые переходы в этих материалах происходят при достаточно высоких локальных нагрузках, близких к пределу прочности металла. При этом на поверхности формируется высокопрочный металлокерамический слой в зоне высоких локальных нагрузок, благодаря чему удается изменить структуру поверхности металла.

Полимерные материалы на основе политетрафторэтиленов модифицируются ультрадисперсными алмазографитовыми порошками, получаемыми из взрывных материалов, а также ультрадисперсных порошков мягких металлов. Пластифицирование материала осуществляется при сравнительно невысоких (менее 300 °C) температурах.

Металлоорганические материалы, полученные из природных жирных кислот, содержат значительное количество кислотных функциональных групп. Благодаря этому взаимодействие с поверхностными атомами металла может осуществляться в режиме покоя. Энергия трения ускоряет процесс и стимулирует появление поперечных сшивок.


3.3.2. Технические характеристики

Защитное покрытие в зависимости от состава композиционного материала может характеризоваться следующими свойствами:

  • толщина до 100 мкм;
  • класс чистоты поверхности вала (до 9);
  • иметь поры с размерами 1 — 3 мкм;
  • коэффициент трения до 0,01;
  • высокая адгезия к поверхности металла и резины.

3.3.3. Технико-экономические преимущества

  • На поверхности формируется высокопрочный металлокерамический слой в зоне высоких локальных нагрузок;
  • Формируемый на поверхности политетрафторэтиленов слой имеет низкий коэффициент трения и невысокую стойкость к абразивному износу;
  • Металлоорганические покрытия являются мягкими, имеют малый коэффициент трения, пористую поверхность, толщина дополнительного слоя составляет единицы микрон.

3.3.4. Области применения технологии

  • нанесение на рабочую поверхность уплотнений с целью уменьшения трения и создания разделительного слоя, исключающего налипание резины на вал в период покоя.
  • высокооборотные двигатели внутреннего сгорания для авто и авиастроения.

3.4. Авиация и космонавтика

В авиации и космонавтике с 1960-х годов существует настоятельная необходимость в изготовлении прочных, лёгких и износостойких конструкций. Композиционные материалы применяются для изготовления силовых конструкций летательных аппаратов, искусственных спутников, теплоизолирующих покрытий шатлов, космических зондов. Всё чаще композиты применяются для изготовления обшивок воздушных и космических аппаратов, и наиболее нагруженных силовых элементов.


3.5. Вооружение и военная техника

Благодаря своим характеристикам (прочности и лёгкости) композиционные материалы применяются в военном деле для производства различных видов брони:

  • бронежилетов)
  • брони для военной техники

Литература

  • Васильев В. В. Механика конструкций из композиционных материалов. - М.: Машиностроение, 1988. - 272 с.
  • Карпинос Д. М. Композиционные материалы. Справочник. - Киев, Наукова думка, 1985. - 588 с.
скачать

Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии. Синхронизация выполнена 10.07.11 17:32:59

Похожие рефераты: Материал, Мел (материал), Генетический материал, Светочувствительный материал, Антифрикционный материал, Филателистический материал, Дерево (материал), Информационный материал, Ткань (материал).

Категории: Материалы, Композиты, Конструкционные материалы.

Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.