Изготовление изделий из композиционных и порошковых материалов

Классификация композиционных материалов

Композиционный (композитный) материал (КМ) — многокомпонентный материал, состоящий из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т. д.

Сочетание разнородных веществ приводит к созданию материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Изменяя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, можно получить широкий спектр материалов с требуемым набором свойств.

Композиционные материалы можно классифицировать по следующим признакам:

• • материалу матрицы и наполнителя;
• • типу наполнителя и его ориентации;
• • способу получения композиционного материала и изделий из него;
• • по назначению.

В зависимости от материала матрицы все КМ можно разбить на три группы:

• 1) композиции с металлической матрицей — металлические композиционные материалы (МКМ);
• 2) композиции с полимерной матрицей — полимерные композиционные материалы (ПКМ);
• 3) композиции с керамической матрицей — керамические композиционные материалы (ККМ).

Полимерные композиционные материалы обычно называют, но материалу армирующих волокон. Так, ПКМ, армированные стеклянными волокнами называют стеклопластиками (стекловолокнитами), металлическими — металлопластиками (металловолокнитами), органическими — органопластиками (органоволокнитами), борными — боропластиками (бороволокнитами), углеродными — углепластиками (углеволокнитами), асбестовыми — асбопластиками (асбоволокнитами) и т. д.

В отношении металлических и керамических композиционных материалов нет единых установленных правил наименования. Часто вначале указывают материал матрицы, затем материал волокна. Например, обозначение «медь — вольфрам» (Си—W) относится к композиционным материалам с медной матрицей и вольфрамовыми волокнами; обозначение «оксид алюминия — молибден» (А1203—Мо) — к композиционным материалам на основе А12Оэ с арматурой из молибденовых волокон.

По структуре наполнителя различают ком позиционные материал ы:

• • волокнистые;
• • слоистые;
• • дисперсно-упрочненные;
• • упрочненные частицами;
• • нанокомпозиты.

Волокнистые композиты армированы волокнами или нитевидными кристаллами. Армирование волокнами придает КМ анизотропию свойств (различие свойств в разных направлениях), а за счет добавки волокон проводников можно придать материалу электропроводность вдоль заданной оси.

В слоистых композиционных материалах матрица и наполнитель расположены слоями, как, например, в особо прочном стекле, армированном несколькими слоями полимерных пленок.

Микроструктура остальных классов композиционных материалов характеризуется наполнением матрицы частицами армирующего вещества. Различаются такие композиты размерами частиц наполнителя. Композиты, упрочненные частицами, содержат 20—25% (но объему) частиц размером от 1 до 20 мкм. Дисперсноупрочненные композиты включают от 1 до 15% (по объему) частиц размером от 0,01 до 0,1 мкм. Размер частиц, входящих в состав нанокомпозитов (новый класс композиционных материалов), составляет 10—100 им.

По способу получения различают композиционные материалы:

• • литейные;
• • прессованные;
• • деформируемые;
• • намоточные.

Литейные композиционные материалы получают, пропитывая арматуру расплавленным матричным сплавом либо применяя направленную кристаллизацию сплавов эвтектического состава с выделением упрочняющей армирующей фазы непосредственно из расплава (метод in situ). Для получения деформируемых МКМ применяют спекание, горячее прессование, диффузионную сварку, горячую штамповку и ковку на молотах, взрывное прессование, электролитическое, химическое напыление и др.

По назначению композиционные материалы классифицируют следующим образом:

• • общеконструкционного назначения (несущие конструкции самолетов, ракет, судов, автомобилей; двигатели, сосуды высокого давления, предметы широкого потребления и др.);
• • жаропрочные (лопатки турбин, камеры сгорания и другие изделия, работающие при повышенных температурах);
• • термостойкие (изделия, работающие в условиях резких теплосмен, например облицовка каналов МГД-генсраторов);
• • фрикционные и антифрикционные (подшипники скольжения, шестерни и др.);
• • ударопрочные (броня самолетов, танков и т. п.);
• • теплозащитные;
• • со специальными свойствами — электрическими, магнитными, ядериыми и др.