การใช้วัสดุคอมโพสิต การได้มาซึ่งวัสดุพอลิเมอร์คอมโพสิต

วัสดุคอมโพสิต - วัสดุที่สร้างขึ้นเทียมซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบตั้งแต่สองชิ้นขึ้นไปซึ่งมีองค์ประกอบต่างกันและแยกจากกันโดยขอบเขตที่เด่นชัด และมีคุณสมบัติใหม่ที่ออกแบบไว้ล่วงหน้า

ส่วนประกอบของวัสดุคอมโพสิตมีความแตกต่างทางเรขาคณิต ส่วนประกอบที่ต่อเนื่องตลอดปริมาตรทั้งหมดของวัสดุผสมเรียกว่า เมทริกซ์. ส่วนประกอบที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งแยกจากกันในปริมาตรของวัสดุผสมเรียกว่า อุปกรณ์. เมทริกซ์ให้รูปร่างที่ต้องการแก่ผลิตภัณฑ์ ส่งผลต่อการสร้างคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิต ปกป้องการเสริมแรงจากความเสียหายทางกลและอิทธิพลต่อสิ่งแวดล้อมอื่นๆ

โพลีเมอร์อินทรีย์และอนินทรีย์ เซรามิก คาร์บอน และวัสดุอื่นๆ สามารถใช้เป็นเมทริกซ์ในวัสดุคอมโพสิตได้ คุณสมบัติของเมทริกซ์กำหนดพารามิเตอร์ทางเทคโนโลยีของกระบวนการรับองค์ประกอบและ: ความหนาแน่น, ความแข็งแรงเฉพาะ, อุณหภูมิในการทำงาน, ความต้านทานต่อความล้มเหลวเมื่อยล้าและการสัมผัสกับสื่อที่ก้าวร้าว ส่วนประกอบเสริมแรงหรือเสริมแรงมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอในเมทริกซ์ ตามกฎแล้วมีค่าสูงและในตัวบ่งชี้เหล่านี้มีค่าเกินเมทริกซ์อย่างมีนัยสำคัญ แทนที่จะใช้คำว่าส่วนประกอบเสริมแรง สามารถใช้คำว่าสารตัวเติมได้

การจำแนกประเภทของวัสดุคอมโพสิต

ตามเรขาคณิตของสารตัวเติม วัสดุคอมโพสิตแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

• ด้วยฟิลเลอร์ศูนย์มิติที่มีมิติในสามมิติอยู่ในลำดับเดียวกัน
• ด้วยสารตัวเติมหนึ่งมิติซึ่งหนึ่งในมิตินั้นเกินอีกสองมิติอย่างมีนัยสำคัญ
• ด้วยฟิลเลอร์สองมิติซึ่งสองมิติมีขนาดใหญ่กว่ามิติที่สามอย่างมาก

ตามการเรียงตัวของสารตัวเติม จะแบ่งเป็น 3 กลุ่ม วัสดุคอมโพสิต:

• ด้วยการจัดเรียงฟิลเลอร์แกนเดียว (เชิงเส้น) ในรูปแบบของเส้นใย, เกลียว, หนวดในเมทริกซ์ขนานกัน
• ด้วยการจัดเรียงแกน (ระนาบ) ของสารตัวเติมเสริมแรง, เสื่อมัสสุ, ฟอยล์ในเมทริกซ์ในระนาบคู่ขนาน
• ด้วยการจัดเรียงตัวเติมเสริมแรงสามแกน (ปริมาตร) และไม่มีทิศทางเด่นในตำแหน่ง

ตามลักษณะของส่วนประกอบ วัสดุคอมโพสิตแบ่งออกเป็นสี่กลุ่ม:

• วัสดุผสมที่มีส่วนประกอบของโลหะหรือโลหะผสม
• วัสดุผสมที่มีส่วนประกอบของสารประกอบอนินทรีย์ของออกไซด์ คาร์ไบด์ ไนไตรด์ ฯลฯ
• วัสดุผสมที่มีส่วนประกอบขององค์ประกอบที่ไม่ใช่โลหะ คาร์บอน โบรอน ฯลฯ
• วัสดุผสมที่มีส่วนประกอบของสารประกอบอินทรีย์ของอีพอกซี โพลีเอสเตอร์ ฟีนอลิก ฯลฯ

คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตไม่เพียงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมีกายภาพของส่วนประกอบเท่านั้น แต่ยังขึ้นกับความแข็งแรงของพันธะระหว่างพวกมันด้วย ความแข็งแรงสูงสุดจะเกิดขึ้นได้หากหรือเกิดขึ้นระหว่างเมทริกซ์กับการเสริมแรง

ในวัสดุคอมโพสิตด้วย ฟิลเลอร์ศูนย์มิติเมทริกซ์โลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด องค์ประกอบบน ฐานโลหะเสริมความแข็งแกร่งด้วยการกระจายอนุภาคความละเอียดต่างๆ ที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ วัสดุเหล่านี้แตกต่างกัน

ในวัสดุดังกล่าว เมทริกซ์จะรับน้ำหนักทั้งหมด และอนุภาคที่กระจายตัวของสารตัวเติมจะป้องกันไม่ให้เกิดการเสียรูปของพลาสติก การชุบแข็งอย่างมีประสิทธิภาพทำได้ที่เนื้อหา 5...10% อนุภาคฟิลเลอร์ สารเสริมแรงคืออนุภาคของออกไซด์ทนไฟ, ไนไตรด์, บอไรด์, คาร์ไบด์ วัสดุผสมที่เสริมความแข็งแกร่งในการกระจายตัวได้มาจากวิธีผงโลหะหรืออนุภาคผงเสริมแรงถูกนำเข้าสู่โลหะเหลวหรือโลหะผสมหลอมเหลว

วัสดุคอมโพสิตที่เสริมความแข็งแกร่งด้วยอนุภาคของอะลูมิเนียมออกไซด์ (Al 2 O 3) พบการใช้งานทางอุตสาหกรรม ได้จากการกดผงอลูมิเนียมแล้วตามด้วยเผาผนึก (SAP) ข้อดีของ SAP ปรากฏที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 o C เมื่ออลูมิเนียมอัลลอยด์อ่อนตัวลง โลหะผสมชุบแข็งแบบกระจายยังคงรักษาผลของการชุบแข็งได้ที่อุณหภูมิ 0.8 T กรุณา.

โลหะผสม SAP มีรูปร่างที่น่าพึงพอใจ กลึงง่าย เชื่อมและ ผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปผลิตจาก SAP ในรูปแบบแผ่น โปรไฟล์ ท่อ ฟอยล์ ใช้ทำใบพัดคอมเพรสเซอร์ พัดลม และเทอร์ไบน์ ก้านลูกสูบ

ในวัสดุคอมโพสิตด้วย ฟิลเลอร์หนึ่งมิติสารชุบแข็งเป็นองค์ประกอบหนึ่งมิติในรูปแบบของหนวดเครา เส้นใย ลวด ซึ่งถูกเมทริกซ์จับรวมกันเป็นเสาหินก้อนเดียว สิ่งสำคัญคือต้องกระจายเส้นใยที่แข็งแรงอย่างสม่ำเสมอในเมทริกซ์พลาสติก สำหรับการเสริมแรงของวัสดุคอมโพสิต เส้นใยต่อเนื่องแบบต่อเนื่องที่มีขนาด ภาพตัดขวางตั้งแต่เศษส่วนจนถึงหลายร้อยไมโครเมตร

วัสดุที่เสริมด้วยหนวดถูกสร้างขึ้นในช่วงอายุเจ็ดสิบต้นสำหรับโครงสร้างการบินและอวกาศ วิธีหลักในการปลูกหนวดเคราคือการปลูกมันจากไอน้ำอิ่มตัวยิ่งยวด (กระบวนการ PC) สำหรับการผลิตออกไซด์ที่มีความแข็งแรงสูงโดยเฉพาะและสารประกอบอื่น ๆ การเจริญเติบโตจะดำเนินการตามกลไก PL-C: การเติบโตโดยตรงของผลึกเกิดขึ้นจากสถานะไอผ่านเฟสของเหลวระดับกลาง

ผลึกเส้นใยถูกสร้างขึ้นโดยการดึงของเหลวผ่านสปินเนอร์ ความแข็งแรงของคริสตัลขึ้นอยู่กับหน้าตัดและความเรียบของพื้นผิว

วัสดุคอมโพสิตประเภทนี้มีแนวโน้มเป็น ในการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อน ใบพัดกังหันก๊าซทำมาจากโลหะผสมนิกเกิลที่เสริมด้วยเส้นใยแซฟไฟร์ (Al 2 O 3) ทำให้สามารถเพิ่มอุณหภูมิที่ทางเข้ากังหันได้อย่างมาก (ค่าความต้านทานแรงดึงของผลึกแซฟไฟร์ที่อุณหภูมิหนึ่ง ของ 1680 o C อยู่เหนือ 700 MPa)

การเสริมแรงของหัวฉีดจรวดจากผงทังสเตนและโมลิบดีนัมนั้นผลิตขึ้นด้วยผลึกแซฟไฟร์ทั้งในรูปแบบของสักหลาดและเส้นใยเดี่ยวอันเป็นผลมาจากการที่วัสดุสามารถเพิ่มเป็นสองเท่าที่อุณหภูมิ 1650 o C การเสริมแรงของพอลิเมอร์ชุบ ของใยแก้วที่มีเส้นใยใยแก้วเพิ่มความแข็งแรง การเสริมแรงด้วยโลหะหล่อลดขนาดลงในโครงสร้าง มีแนวโน้มว่าจะเสริมความแข็งแกร่งให้กระจกด้วยหนวดเคราที่ไม่ได้จัดวาง

ในการเสริมแรงวัสดุคอมโพสิต จะใช้ลวดโลหะจากโลหะชนิดต่างๆ: เหล็ก องค์ประกอบที่แตกต่างกัน, ทังสเตน, ไนโอเบียม - ขึ้นอยู่กับสภาพการใช้งาน ลวดเหล็กแปรรูปเป็นตาข่ายทอ ซึ่งใช้เพื่อให้ได้วัสดุคอมโพสิตที่มีการเสริมแรงในสองทิศทาง

สำหรับการเสริมแรงของโลหะเบาจะใช้เส้นใยโบรอนและซิลิกอนคาร์ไบด์ เส้นใยคาร์บอนมีคุณสมบัติที่ทรงคุณค่าเป็นพิเศษ ใช้สำหรับเสริมวัสดุคอมโพสิตโลหะ เซรามิก และพอลิเมอร์

วัสดุคอมโพสิตยูเทคติก- โลหะผสมของยูเทคติกหรือใกล้เคียงกับองค์ประกอบยูเทคติกซึ่งเฟสการเสริมความแข็งแกร่งเป็นผลึกเชิงทิศทางที่เกิดขึ้นในกระบวนการตกผลึกตามทิศทาง วัสดุยูเทคติกต่างจากวัสดุคอมโพสิตทั่วไปในการดำเนินการครั้งเดียว โครงสร้างเชิงทิศทางสามารถรับได้ในผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปแล้ว รูปร่างของผลึกที่ได้อาจอยู่ในรูปของเส้นใยหรือเพลต วิธีการตกผลึกตามทิศทางจะผลิตวัสดุคอมโพสิตที่มีพื้นฐานมาจาก โคบอลต์ ไนโอเบียม และองค์ประกอบอื่นๆ ดังนั้นจึงใช้ในช่วงอุณหภูมิกว้าง

บทนำ

บทนำ

วัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุแข็งที่ต่างกันซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบตั้งแต่สองชิ้นขึ้นไป โดยสามารถแยกแยะองค์ประกอบเสริมแรงได้ซึ่งให้ปัจจัยที่จำเป็น ลักษณะทางกลวัสดุและเมทริกซ์ที่ให้ งานร่วมกันองค์ประกอบเสริมแรง พฤติกรรมทางกลของคอมโพสิตถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของคุณสมบัติขององค์ประกอบเสริมแรงและเมทริกซ์ ตลอดจนความแข็งแรงของพันธะระหว่างพวกมัน ประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของวัสดุขึ้นอยู่กับ ทางเลือกที่เหมาะสมส่วนประกอบดั้งเดิมและเทคโนโลยีของการรวมกัน ออกแบบมาเพื่อให้การเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งระหว่างส่วนประกอบในขณะที่ยังคงคุณลักษณะดั้งเดิมไว้ อันเป็นผลมาจากการรวมองค์ประกอบเสริมแรงและเมทริกซ์ทำให้เกิดคุณสมบัติเชิงซ้อนซึ่งไม่เพียงสะท้อนถึงลักษณะเริ่มต้นของส่วนประกอบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติที่ส่วนประกอบที่แยกได้ไม่มี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การมีอยู่ของส่วนต่อประสานระหว่างองค์ประกอบเสริมแรงและเมทริกซ์ช่วยเพิ่มความต้านทานการแตกร้าวของวัสดุได้อย่างมีนัยสำคัญ และในวัสดุผสมซึ่งแตกต่างจากโลหะ การเพิ่มความแข็งแรงคงที่ไม่ได้นำไปสู่การลดลง แต่ตามกฎแล้ว เพิ่มลักษณะความเหนียวแตกหัก

ข้อดีของวัสดุคอมโพสิต:

ความแข็งแรงสูงเฉพาะ

ความแข็งแกร่งสูง (โมดูลัสความยืดหยุ่น 130…140 GPa);

ทนต่อการสึกหรอสูง

ความล้าสูง

เป็นไปได้ที่จะสร้างโครงสร้างที่มีมิติที่มั่นคงจาก CM และคอมโพสิตประเภทต่างๆ อาจมีข้อดีอย่างน้อยหนึ่งข้อ

ข้อเสียที่พบบ่อยที่สุดของวัสดุคอมโพสิต:

ราคาสูง;

Anisotropy ของคุณสมบัติ;

เพิ่มความเข้มข้นของวิทยาศาสตร์ในการผลิต ความต้องการอุปกรณ์และวัตถุดิบราคาแพงพิเศษ ดังนั้นจึงมีการพัฒนา การผลิตภาคอุตสาหกรรมและฐานวิทยาศาสตร์ของประเทศ

1. การจำแนกประเภทของวัสดุผสม

คอมโพสิตเป็นวัสดุที่มีหลายองค์ประกอบซึ่งประกอบด้วยพอลิเมอร์ โลหะ คาร์บอน เซรามิก หรือฐานอื่นๆ (เมทริกซ์) เสริมด้วยสารตัวเติมจากเส้นใย หนวด อนุภาคละเอียด ฯลฯ โดยการเลือกองค์ประกอบและคุณสมบัติของสารตัวเติมและเมทริกซ์ (สารยึดเกาะ) อัตราส่วน การวางแนวของสารตัวเติมสามารถรับวัสดุที่มีคุณสมบัติการทำงานและเทคโนโลยีที่จำเป็นร่วมกัน การใช้เมทริกซ์หลายตัว (วัสดุพอลิเมทริกซ์คอมโพสิต) หรือสารตัวเติมที่มีลักษณะต่างๆ (วัสดุคอมโพสิตไฮบริด) ในวัสดุเดียวช่วยเพิ่มความเป็นไปได้ในการควบคุมคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตได้อย่างมาก สารตัวเติมเสริมแรงรับรู้ส่วนแบ่งหลักของน้ำหนักของวัสดุคอมโพสิต

ตามโครงสร้างของฟิลเลอร์ วัสดุคอมโพสิตจะแบ่งออกเป็นเส้นใย (เสริมด้วยเส้นใยและหนวด) เป็นชั้น (เสริมด้วยฟิล์ม จาน ฟิลเลอร์เป็นชั้น) เสริมการกระจายตัว หรือเสริมแรงกระจาย (มีสารตัวเติมในรูปของ อนุภาคละเอียด) เมทริกซ์ในวัสดุคอมโพสิตช่วยให้มั่นใจถึงความแข็งแกร่งของวัสดุ การถ่ายโอนและการกระจายของความเครียดในสารตัวเติม เป็นตัวกำหนดความร้อน ความชื้น ไฟและสารเคมี ความทนทาน

ตามลักษณะของวัสดุเมทริกซ์ โพลีเมอร์ โลหะ คาร์บอน เซรามิก และคอมโพสิตอื่นๆ มีความโดดเด่น

วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะคือ วัสดุโลหะ(โดยปกติคือ Al, Mg, Ni และโลหะผสมของพวกมัน) เสริมด้วยเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูง (วัสดุที่มีเส้นใย) หรืออนุภาคทนไฟที่กระจายตัวอย่างประณีตซึ่งไม่ละลายในโลหะพื้นฐาน (วัสดุที่มีความแข็งแบบกระจายตัว) เมทริกซ์โลหะจับเส้นใย (อนุภาคที่กระจัดกระจาย) ให้เป็นชิ้นเดียว

วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะพบการใช้งานที่กว้างขวาง เป็นเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ พอลิเมอร์ คาร์บอน และ วัสดุเซรามิก. เมทริกซ์โพลีเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ อีพอกซี ฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ และโพลิเอไมด์ เมทริกซ์คาร์บอน coked หรือ pyrocarbon ได้มาจากโพลีเมอร์สังเคราะห์ไพโรไลซ์ เมทริกซ์จับองค์ประกอบ ทำให้เกิดรูปแบบ สารเสริมความแข็งแกร่งคือเส้นใย: แก้ว คาร์บอน โบรอน อินทรีย์ ที่มีหนวดเครา (ออกไซด์ คาร์ไบด์ บอไรด์ ไนไตรด์ และอื่นๆ) เช่นเดียวกับโลหะ (ลวด) ซึ่งมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งสูง

วัสดุคอมโพสิตที่มีสารตัวเติมเส้นใย (สารเสริมแรง) ตามกลไกการเสริมแรงจะแบ่งออกเป็นแบบไม่ต่อเนื่องซึ่งอัตราส่วนของความยาวเส้นใยต่อเส้นผ่านศูนย์กลางค่อนข้างเล็กและมีเส้นใยต่อเนื่อง เส้นใยที่ไม่ต่อเนื่องจะถูกจัดเรียงแบบสุ่มในเมทริกซ์ เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยมีตั้งแต่เศษส่วนจนถึงหลายร้อยไมโครเมตร ยิ่งอัตราส่วนของความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยมากเท่าใด ระดับการเสริมความแข็งแรงก็จะยิ่งสูงขึ้น

บ่อยครั้งที่วัสดุคอมโพสิตเป็นโครงสร้างชั้นซึ่งแต่ละชั้นได้รับการเสริมแรง จำนวนมากเส้นใยต่อเนื่องแบบขนาน แต่ละชั้นสามารถเสริมความแข็งแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่องที่ทอเป็นผ้าได้ ซึ่งเป็นรูปทรงดั้งเดิม ซึ่งสอดคล้องกับความกว้างและความยาวจนถึงวัสดุสุดท้าย ไม่ใช่เรื่องแปลกที่เส้นใยจะทอเป็นโครงสร้างสามมิติ

วัสดุคอมโพสิตแตกต่างจากโลหะผสมทั่วไปในมากกว่า ค่านิยมสูงความต้านทานชั่วคราวและขีดจำกัดความทนทาน (50 - 10%) โมดูลัสความยืดหยุ่น ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็ง และแนวโน้มที่จะแตกร้าวลดลง การใช้วัสดุคอมโพสิตช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของโครงสร้างในขณะที่ลดการใช้โลหะ ความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิต (เส้นใย) ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของเส้นใย เมทริกซ์ควรกระจายความเค้นระหว่างองค์ประกอบเสริมแรงเป็นหลัก ดังนั้นความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเส้นใยจะต้องมากกว่าความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเมทริกซ์อย่างมีนัยสำคัญ เส้นใยเสริมแรงแบบแข็งจะรับรู้ความเค้นที่เกิดขึ้นในองค์ประกอบภายใต้การรับน้ำหนัก ให้ความแข็งแรงและความแข็งแกร่งในทิศทางของการวางแนวเส้นใย

เส้นใยโบรอนถูกนำมาใช้เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับอะลูมิเนียม แมกนีเซียม และโลหะผสม เช่นเดียวกับเส้นใยจากสารประกอบทนไฟ (คาร์ไบด์ ไนไตรด์ บอไรด์ และออกไซด์) ซึ่งมีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสยืดหยุ่น ลวดโมลิบดีนัม เส้นใยแซฟไฟร์ ซิลิกอนคาร์ไบด์และไททาเนียมบอไรด์ใช้เพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับไททาเนียมและโลหะผสม ความต้านทานความร้อนที่เพิ่มขึ้นของโลหะผสมนิกเกิลทำได้โดยการเสริมแรงด้วยลวดทังสเตนหรือโมลิบดีนัม เส้นใยโลหะยังใช้ในกรณีที่จำเป็นต้องมีการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง สารเพิ่มความแข็งที่มีแนวโน้มสูงสำหรับวัสดุคอมโพสิตเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสสูง ได้แก่ หนวดที่ทำด้วยอะลูมิเนียมออกไซด์และไนไตรด์ ซิลิกอนคาร์ไบด์และไนไตรด์ โบรอนคาร์ไบด์ ฯลฯ วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากโลหะมีความแข็งแรงสูงและทนความร้อนได้ในเวลาเดียวกัน ความเป็นพลาสติกต่ำ อย่างไรก็ตาม เส้นใยในวัสดุคอมโพสิตลดอัตราการแพร่กระจายของรอยแตกที่เริ่มต้นในเมทริกซ์ และการแตกหักแบบกะทันหันอย่างกะทันหันจะหายไปเกือบหมด คุณสมบัติที่โดดเด่นวัสดุคอมโพสิตแกนเดียวที่มีเส้นใยเป็นแอนไอโซโทรปีของสมบัติเชิงกลตลอดแนวเส้นใยและความไวต่ำต่อหัววัดความเค้น แอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตที่มีเส้นใยถูกนำมาพิจารณาเมื่อออกแบบชิ้นส่วนเพื่อปรับคุณสมบัติให้เหมาะสมโดยการจับคู่สนามต้านทานกับสนามความเค้น ต้องคำนึงว่าเมทริกซ์สามารถถ่ายโอนความเครียดไปยังเส้นใยได้ก็ต่อเมื่อมีพันธะที่แข็งแรงที่ส่วนต่อประสานระหว่างเส้นใยเสริมแรงกับเมทริกซ์ เพื่อป้องกันการสัมผัสระหว่างเส้นใย เมทริกซ์ต้องล้อมรอบเส้นใยทั้งหมดอย่างสมบูรณ์ ซึ่งจะเกิดขึ้นได้เมื่อมีเนื้อหาไม่น้อยกว่า 15-20% เมทริกซ์และเส้นใยไม่ควรโต้ตอบกัน (ไม่ควรมีการแพร่กระจายร่วมกัน) ระหว่างการผลิตและการใช้งาน เนื่องจากอาจทำให้ความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิตลดลง การเสริมแรงของอะลูมิเนียม แมกนีเซียม และไททาเนียมอัลลอยด์ด้วยเส้นใยทนไฟแบบต่อเนื่องของโบรอน ซิลิกอนคาร์ไบด์ ไททาเนียมบอไรด์ และอะลูมิเนียมออกไซด์ช่วยเพิ่มความต้านทานความร้อนได้อย่างมาก คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตคืออัตราการอ่อนตัวในเวลาที่ต่ำตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

ข้อเสียเปรียบหลักของวัสดุคอมโพสิตที่มีการเสริมแรงแบบหนึ่งและสองมิติคือความต้านทานต่ำต่อแรงเฉือนระหว่างแผ่นและแรงเฉือนตามขวาง วัสดุที่มีการเสริมแรงเชิงปริมาตรจะปราศจากสิ่งนี้

ในทางตรงกันข้ามกับวัสดุคอมโพสิตที่มีเส้นใย ในวัสดุคอมโพสิตที่มีการกระจายตัวเสริม เมทริกซ์เป็นองค์ประกอบรับน้ำหนักหลัก และอนุภาคที่กระจายตัวจะชะลอการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ในนั้น

มีความแข็งแรงสูงด้วยขนาดอนุภาค 10-500 นาโนเมตร โดยมีระยะห่างเฉลี่ยระหว่าง 100-500 นาโนเมตรและการกระจายสม่ำเสมอในเมทริกซ์ ความแข็งแรงและความต้านทานความร้อนขึ้นอยู่กับปริมาณของเฟสการชุบแข็ง ไม่เชื่อฟังกฎของการเติม ปริมาณที่เหมาะสมที่สุดของระยะที่สองสำหรับโลหะชนิดต่างๆ ไม่เหมือนกัน แต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่เกิน 5-10 vol %. การใช้สารประกอบทนไฟที่เสถียร (ทอเรียม ฮาฟเนียม อิตเทรียมออกไซด์ สารประกอบเชิงซ้อนของออกไซด์และโลหะแรร์เอิร์ธ) ที่ไม่ละลายในโลหะเมทริกซ์เนื่องจากขั้นตอนการเสริมความแข็งแรงทำให้สามารถรักษาความแข็งแรงสูงของวัสดุได้สูงถึง 0.9-0.95 ต. ในเรื่องนี้มักใช้วัสดุดังกล่าวเป็นวัสดุทนความร้อน วัสดุผสมที่เสริมความแข็งแกร่งในการกระจายตัวสามารถหาได้จากโลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่ที่ใช้ในงานวิศวกรรม โลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดจากอลูมิเนียม - SAP (ผงอลูมิเนียมเผา)

2. องค์ประกอบ โครงสร้าง และคุณสมบัติของวัสดุผสม

คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของส่วนประกอบ การรวมกัน อัตราส่วนเชิงปริมาณ และความแข็งแรงพันธะระหว่างกัน วัสดุเสริมแรงสามารถอยู่ในรูปแบบของเส้นใย, เชือก, เกลียว, เทป, ผ้าหลายชั้น ปริมาณของสารเพิ่มความแข็งในวัสดุที่เน้นคือ 60-80 vol.% ใน non-Oriented (มีเส้นใยแยกและหนวดเครา) 20-30 vol.% ยิ่งมีความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเส้นใยสูงเท่าใด วัสดุผสมก็จะยิ่งมีความแข็งแรงและความแข็งมากขึ้นเท่านั้น คุณสมบัติของเมทริกซ์กำหนดความแข็งแรงขององค์ประกอบในด้านแรงเฉือนและแรงอัด และความต้านทานต่อความล้มเหลวเมื่อยล้า ในวัสดุลามิเนต เส้นใย ด้าย เทปที่ชุบด้วยสารยึดเกาะจะวางขนานกันในระนาบการวาง ชั้นแบนประกอบเป็นแผ่น คุณสมบัติเป็นแบบแอนไอโซทรอปิก สำหรับงานวัสดุในผลิตภัณฑ์ ควรพิจารณาทิศทาง ทำหน้าที่โหลด. คุณสามารถสร้างวัสดุที่มีทั้งคุณสมบัติไอโซโทรปิกและแอนไอโซทรอปิก เป็นไปได้ที่จะวางเส้นใยภายใต้ มุมต่างๆโดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิต การดัดและการบิดงอของวัสดุขึ้นอยู่กับลำดับของการวางชั้นตามความหนาของบรรจุภัณฑ์ ใช้การวางองค์ประกอบเสริมแรงสามสี่เธรดขึ้นไป โครงสร้างของเกลียวตั้งฉากสามเส้นมีการใช้งานมากที่สุด สารชุบแข็งสามารถอยู่ในทิศทางตามแนวแกน แนวรัศมี และเส้นรอบวง วัสดุสามมิติสามารถมีความหนาในรูปแบบของบล็อก, กระบอกสูบ ผ้าที่เทอะทะเพิ่มความแข็งแรงในการลอกและต้านทานแรงเฉือนเมื่อเปรียบเทียบกับผ้าแบบหลายชั้น ระบบสี่เกลียวถูกสร้างขึ้นโดยการขยายสารเสริมแรงตามแนวทแยงของลูกบาศก์ โครงสร้างของเกลียวทั้งสี่มีความสมดุล เพิ่มความแข็งแกร่งของแรงเฉือนในระนาบหลัก อย่างไรก็ตาม การสร้างวัสดุสี่ทิศทางนั้นยากกว่าวัสดุสามทิศทาง

วัสดุคอมโพสิตที่เสริมด้วยเส้นใยต่อเนื่องที่มีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสสูงได้รับการใช้งานที่ยอดเยี่ยมที่สุดในการก่อสร้างและวิศวกรรม ซึ่งรวมถึง: วัสดุพอลิเมอร์คอมโพสิตที่ใช้เทอร์โมเซตติง (อีพ็อกซี่ โพลีเอสเตอร์ ฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ โพลิเอไมด์ ฯลฯ) และสารยึดเกาะเทอร์โมพลาสติกที่เสริมด้วยแก้ว (ไฟเบอร์กลาส) คาร์บอน (เส้นใยคาร์บอน) อินทรีย์ (ออร์กาโนพลาสติก) โบรอน (โบโรพลาสติก) ฯลฯ . . เส้นใย; วัสดุผสมโลหะจากโลหะผสม Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Cr เสริมด้วยโบรอน คาร์บอนหรือเส้นใยซิลิกอนคาร์ไบด์ เช่นเดียวกับเหล็ก โมลิบดีนัม หรือลวดทังสเตน วัสดุผสมจากคาร์บอนที่เสริมด้วยเส้นใยคาร์บอน (วัสดุคาร์บอน - คาร์บอน) วัสดุผสมจากเซรามิกที่เสริมด้วยคาร์บอน ซิลิกอนคาร์ไบด์ และเส้นใยทนความร้อนอื่นๆ และ SiC เมื่อใช้เส้นใยคาร์บอน แก้ว เอไมด์ และโบรอนที่มีอยู่ในวัสดุในปริมาณ 50-70% จะเกิดองค์ประกอบที่มีความแข็งแรงจำเพาะและโมดูลัสความยืดหยุ่นมากกว่าวัสดุโครงสร้างและโลหะผสมทั่วไปถึง 2-5 เท่า นอกจากนี้ วัสดุคอมโพสิตเส้นใยยังเหนือกว่าโลหะและโลหะผสมในแง่ของความล้า ทนความร้อน ต้านทานการสั่นสะเทือน การดูดซับเสียง แรงกระแทก และคุณสมบัติอื่น ๆ ดังนั้นการเสริมแรงของโลหะผสมอัลด้วยเส้นใยโบรอนจึงช่วยปรับปรุงลักษณะทางกลของโลหะผสมได้อย่างมีนัยสำคัญ และทำให้อุณหภูมิในการทำงานของโลหะผสมเพิ่มขึ้นจาก 250–300 เป็น 450–500 °C การเสริมแรงด้วยลวด (จาก W และ Mo) และเส้นใยของสารประกอบทนไฟใช้เพื่อสร้างวัสดุคอมโพสิตที่ทนความร้อนโดยใช้ Ni, Cr, Co, Ti และโลหะผสมของพวกมัน ดังนั้นโลหะผสม Ni ทนความร้อนที่เสริมด้วยเส้นใยจึงสามารถทำงานได้ที่ 1300-1350 °C ในการผลิตวัสดุผสมที่เป็นเส้นใยโลหะ การใช้เมทริกซ์โลหะกับสารตัวเติมจะดำเนินการส่วนใหญ่มาจากการหลอมของวัสดุเมทริกซ์โดยการสะสมทางไฟฟ้าเคมีหรือการสปัตเตอร์ การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ดำเนินการโดย Ch. ร. โดยการชุบเฟรมของเส้นใยเสริมแรงด้วยโลหะหลอมภายใต้ความดันสูงถึง 10 MPa หรือโดยการรวมฟอยล์ (วัสดุเมทริกซ์) กับเส้นใยเสริมแรงโดยใช้การรีด, การกด, การอัดรีดเมื่อถูกความร้อนจนถึงอุณหภูมิหลอมเหลวของวัสดุเมทริกซ์

วิธีการทางเทคโนโลยีทั่วไปวิธีหนึ่งสำหรับการผลิตวัสดุพอลิเมอร์และโลหะที่มีเส้นใยและคอมโพสิตเป็นชั้นคือการเติบโตของผลึกสารตัวเติมในเมทริกซ์โดยตรงในกระบวนการผลิตชิ้นส่วน วิธีนี้ใช้ในการสร้างโลหะผสมที่ทนความร้อนด้วยยูเทคติกโดยใช้ Ni และ Co การผสมของโลหะที่หลอมเหลวกับคาร์ไบด์และสารประกอบระหว่างโลหะ ซึ่งก่อตัวเป็นผลึกเส้นใยหรือแผ่นลามิเนตเมื่อเย็นตัวลงภายใต้สภาวะที่มีการควบคุม จะนำไปสู่การเสริมความแข็งแรงของโลหะผสมและทำให้อุณหภูมิในการทำงานเพิ่มขึ้น 60-80oC วัสดุคอมโพสิตที่มีส่วนผสมของคาร์บอน ความหนาแน่นต่ำด้วยค่าการนำความร้อนสูงเคมี ความต้านทาน, ความเสถียรของมิติที่การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว, เช่นเดียวกับการเพิ่มขึ้นของโมดูลัสความแข็งแรงและความยืดหยุ่นเมื่อถูกความร้อนถึง 2,000 ° C ในตัวกลางเฉื่อย วัสดุคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงสูงจากเซรามิกนั้นได้มาจากการเสริมแรงด้วยฟิลเลอร์ที่มีเส้นใย เช่นเดียวกับอนุภาคที่กระจายตัวของโลหะและเซรามิก การเสริมแรงด้วยเส้นใย SiC แบบต่อเนื่องทำให้ได้วัสดุคอมโพสิตที่มีความหนืดเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงรับแรงดัดงอ และความต้านทานสูงต่อการเกิดออกซิเดชันที่ อุณหภูมิสูง. อย่างไรก็ตาม การเสริมแรงของเซรามิกด้วยเส้นใยไม่ได้ทำให้คุณสมบัติความแข็งแรงเพิ่มขึ้นเสมอไป เนื่องจากขาดสภาวะยืดหยุ่นของวัสดุที่ค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นสูง การเสริมแรงด้วยอนุภาคโลหะที่กระจายตัวทำให้สามารถสร้างวัสดุโลหะเซรามิก (เซอร์เม็ท) ที่มีความแข็งแรง การนำความร้อนเพิ่มขึ้น และทนต่อแรงกระแทกจากความร้อนได้ ในการผลิตวัสดุคอมโพสิตเซรามิก มักใช้การกดร้อน การกดตามด้วยการเผาผนึก และการหล่อแบบลื่น การเสริมแรงของวัสดุด้วยอนุภาคโลหะที่กระจัดกระจายทำให้มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นอย่างมากอันเนื่องมาจากการสร้างสิ่งกีดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ การเสริมแรงดังกล่าว ร. ใช้ในการสร้างโลหะผสมโครเมียม - นิกเกิลที่ทนความร้อน วัสดุได้มาจากการนำอนุภาคละเอียดเข้าไปในโลหะหลอมเหลว ตามด้วยกระบวนการตามปกติของแท่งโลหะให้เป็นผลิตภัณฑ์ การนำ ThO2 หรือ ZrO2 เข้าสู่โลหะผสมทำให้สามารถรับโลหะผสมที่ทนความร้อนแบบกระจายซึ่งทำงานเป็นเวลานานภายใต้โหลดที่ 1100-1200°C (ขีดจำกัดความสามารถในการทำงานของโลหะผสมทนความร้อนทั่วไป ภายใต้สภาวะเดียวกันคือ 1,000-1050 องศาเซลเซียส) ทิศทางที่สดใสในการสร้างวัสดุคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงสูงคือการเสริมแรงของวัสดุด้วยหนวดเคราซึ่งเนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กของพวกมันนั้นแทบจะไม่มีข้อบกพร่องเลย คริสตัลขนาดใหญ่และมีความแข็งแรงสูง คริสตัลของ Al2O3, BeO, SiC, B4C, Si3N4, AlN และกราไฟต์ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1-30 µm และความยาว 0.3-15 มม. เป็นสิ่งที่น่าสนใจที่สุด สารตัวเติมดังกล่าวใช้ในรูปแบบของเส้นด้ายที่เน้นหรือลามิเนตไอโซทรอปิกเช่นกระดาษ, กระดาษแข็ง, สักหลาด การนำหนวดเคราเข้าไปในองค์ประกอบสามารถให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าและแม่เหล็กร่วมกันที่ผิดปกติได้ ทางเลือกและวัตถุประสงค์ของวัสดุคอมโพสิตนั้นพิจารณาจากสภาวะการโหลดและอุณหภูมิในการทำงานของชิ้นส่วนหรือโครงสร้าง technol เป็นส่วนใหญ่ โอกาส. วัสดุผสมพอลิเมอร์ที่เข้าถึงได้ง่ายและเชี่ยวชาญที่สุด เมทริกซ์หลากหลายรูปแบบในรูปแบบของเทอร์โมเซตติงและเทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์ให้วัสดุคอมโพสิตที่หลากหลายสำหรับการทำงานในช่วงตั้งแต่อุณหภูมิติดลบถึง 100–200 °C สำหรับออร์กาโนพลาสติก สูงสุด 300–400 °C สำหรับแก้ว คาร์บอน และ พลาสติกโบรอน วัสดุพอลิเมอร์คอมโพสิตที่มีโพลีเอสเตอร์และอีพอกซีเมทริกซ์ทำงานได้ถึง 120-200 องศาเซลเซียส โดยมีฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ - สูงถึง 200-300 °C, โพลิอิไมด์และออร์กาโนซิลิกอน - สูงถึง 250-400 องศาเซลเซียส วัสดุผสมโลหะจาก Al, Mg และโลหะผสมซึ่งเสริมด้วยเส้นใยจาก B, C, SiC ถูกนำมาใช้สูงถึง 400-500 ° C วัสดุคอมโพสิตที่มีโลหะผสม Ni และ Co ทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 1100-1200 °C วัสดุที่ทำจากโลหะทนไฟและสารประกอบ - สูงถึง 1500-1700 °C วัสดุที่ทำจากคาร์บอนและเซรามิก - สูงถึง 1700-2000 °C การใช้คอมโพสิตเป็นโครงสร้าง ป้องกันความร้อน ป้องกันแรงเสียดทาน วิทยุและไฟฟ้า และวัสดุอื่นๆ ทำให้สามารถลดน้ำหนักของโครงสร้าง เพิ่มทรัพยากรและความสามารถของเครื่องจักรและยูนิต และสร้างส่วนประกอบใหม่โดยพื้นฐาน ชิ้นส่วน และโครงสร้าง วัสดุคอมโพสิตทุกประเภทใช้ในอุตสาหกรรมเคมี สิ่งทอ เหมืองแร่ อุตสาหกรรมโลหะ วิศวกรรมเครื่องกล การขนส่ง สำหรับการผลิตอุปกรณ์กีฬา ฯลฯ

3. ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจการใช้วัสดุคอมโพสิต

ไม่จำกัดขอบเขตการใช้วัสดุคอมโพสิต ใช้ในการบินสำหรับชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักสูง (การชุบ สแปร์ ซี่โครง แผง คอมเพรสเซอร์ และใบพัดกังหัน ฯลฯ) ในเทคโนโลยีอวกาศสำหรับหน่วยของโครงสร้างกำลังของยานพาหนะ สำหรับองค์ประกอบที่ทำให้แข็งทื่อ แผง ในอุตสาหกรรมยานยนต์เพื่อทำให้เบาลง ร่างกาย สปริง เฟรม แผงตัวถัง กันชน ฯลฯ ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ (เครื่องมือเจาะ ชิ้นส่วนรถเกี่ยวข้าว ฯลฯ) ในงานวิศวกรรมโยธา (ช่วงสะพาน องค์ประกอบของโครงสร้างสำเร็จรูปของอาคารสูง ฯลฯ) และในด้านอื่นๆ เศรษฐกิจของประเทศ

แอปพลิเคชันวัสดุคอมโพสิตทำให้เกิดการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพใหม่ในการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ กำลัง และการติดตั้งการขนส่ง การลดน้ำหนักของเครื่องจักรและอุปกรณ์ วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ ได้แก่ เส้นใยคาร์บอนโพลีเมอร์ใช้ในอุตสาหกรรมการต่อเรือและยานยนต์ (ตัวถังรถแข่ง แชสซี ใบพัด) ตลับลูกปืน, แผงทำความร้อน, อุปกรณ์กีฬา,ชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์. เส้นใยคาร์บอนโมดูลัสสูงใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน อุปกรณ์สำหรับอุตสาหกรรมเคมี อุปกรณ์เอ็กซ์เรย์ และอื่นๆ เปลี่ยนคาร์บอนไฟเบอร์คาร์บอนเมทริกซ์ ประเภทต่างๆกราไฟท์ ใช้สำหรับป้องกันความร้อน จานเบรกเครื่องบิน อุปกรณ์ทนสารเคมี ผลิตภัณฑ์เส้นใยโบรอนใช้ในเทคโนโลยีการบินและอวกาศ (โปรไฟล์ แผง โรเตอร์และใบพัดคอมเพรสเซอร์ ใบพัด เพลาส่งกำลังเฮลิคอปเตอร์ ฯลฯ) เส้นใยอินทรีย์ใช้เป็นฉนวนและ วัสดุโครงสร้างในอุตสาหกรรมไฟฟ้าและวิทยุ เทคโนโลยีการบิน เป็นต้น

รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

Gorchakov G.I. , Bazhenov Yu.M. วัสดุก่อสร้าง/ จีไอ กอร์ชาคอฟ, Yu.M. บาเชนอฟ – ม.: Stroyizdat, 1986.

วัสดุก่อสร้าง / ภายใต้กองบรรณาธิการ V.G. มิกุลสกี้. – ม.: ASV, 2000.

หลักสูตรวัสดุก่อสร้างทั่วไป / อ. ไอ.เอ. ริเบียวา. - ม.: ม.ปลาย, 2530.

วัสดุก่อสร้าง / กองบรรณาธิการ G.I. กอร์ชาคอฟ - ม: โรงเรียนมัธยม, 2525.

อีวาลด์ วี.วี. วัสดุก่อสร้าง การผลิต คุณสมบัติและการทดสอบ / V.V. อีวาลด์. - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: L-M, 14th ed., 1933.

1. วัสดุคอมโพสิตหรือวัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุแห่งอนาคต

หลังจากที่ฟิสิกส์สมัยใหม่ของโลหะได้อธิบายให้เราฟังอย่างละเอียดถึงเหตุผลของการเป็นพลาสติก ความแข็งแรง และการเพิ่มขึ้น การพัฒนาวัสดุใหม่อย่างเป็นระบบจึงเริ่มต้นขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่การสร้างวัสดุที่มีความแข็งแรงมากกว่าโลหะผสมทั่วไปในปัจจุบันหลายเท่า ในกรณีนี้ จะให้ความสนใจอย่างมากกับกลไกที่เป็นที่รู้จักอยู่แล้วของการชุบแข็งเหล็กและการเสื่อมสภาพของโลหะผสมอะลูมิเนียม การผสมผสานของกลไกที่เป็นที่รู้จักเหล่านี้เข้ากับกระบวนการขึ้นรูป และความเป็นไปได้มากมายสำหรับการสร้างวัสดุที่รวมกัน ช่องทางที่มีแนวโน้มดีสองทางเปิดขึ้นโดยวัสดุคอมโพสิตที่เสริมด้วยเส้นใยหรือของแข็งที่กระจายตัว ประการแรก เส้นใยความแข็งแรงสูงที่บางที่สุดที่ทำจากแก้ว คาร์บอน โบรอน เบริลเลียม เหล็ก หรือผลึกเดี่ยวของมัสเกอร์ ถูกนำเข้าสู่โลหะอนินทรีย์หรือเมทริกซ์พอลิเมอร์อินทรีย์ ผลจากการรวมกันนี้ ความแข็งแรงสูงสุดรวมกับโมดูลัสความยืดหยุ่นสูงและความหนาแน่นต่ำ วัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุดังกล่าวในอนาคต

วัสดุคอมโพสิต - วัสดุโครงสร้าง (โลหะหรืออโลหะ) ซึ่งมีองค์ประกอบเสริมแรงในรูปของเกลียว เส้นใย หรือสะเก็ดมากกว่า วัสดุคงทน. ตัวอย่างของวัสดุคอมโพสิต: พลาสติกเสริมด้วยโบรอน คาร์บอน ใยแก้ว สายไฟหรือผ้า อลูมิเนียมเสริมด้วยเส้นใยเหล็กเบริลเลียม เมื่อรวมปริมาณของส่วนประกอบเข้าด้วยกัน เป็นไปได้ที่จะได้วัสดุคอมโพสิตที่มีค่าความแข็งแรง ทนความร้อน โมดูลัสความยืดหยุ่น ทนต่อการเสียดสี ตลอดจนสร้างองค์ประกอบที่มีแม่เหล็ก ไดอิเล็กตริก วิทยุดูดซับและที่จำเป็น คุณสมบัติพิเศษอื่นๆ

2. ประเภทของวัสดุผสม

2.1. วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะ

วัสดุคอมโพสิตหรือวัสดุผสมประกอบด้วยเมทริกซ์โลหะ (โดยปกติคือ Al, Mg, Ni และโลหะผสมของพวกมัน) เสริมด้วยเส้นใยความแข็งแรงสูง (วัสดุที่มีเส้นใย) หรืออนุภาควัสดุทนไฟที่กระจายอย่างประณีตซึ่งไม่ละลายในโลหะพื้นฐาน (วัสดุที่มีการกระจายตัวที่แข็งแกร่ง) . เมทริกซ์โลหะจับเส้นใย (อนุภาคที่กระจัดกระจาย) ให้เป็นชิ้นเดียว เส้นใย (อนุภาคที่กระจายตัว) บวกสารยึดเกาะ (เมทริกซ์) ที่ประกอบเป็นองค์ประกอบนี้หรือองค์ประกอบนั้นเรียกว่าวัสดุคอมโพสิต

2.2. วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ

วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะพบการใช้งานที่กว้างขวาง วัสดุโพลีเมอร์ คาร์บอน และเซรามิกใช้เป็นเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ เมทริกซ์โพลีเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ อีพอกซี ฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ และโพลิเอไมด์
เมทริกซ์คาร์บอน cok หรือ pyrocarbon ที่ได้จากโพลีเมอร์สังเคราะห์ภายใต้ไพโรไลซิส เมทริกซ์จับองค์ประกอบ ทำให้เกิดรูปแบบ สารเสริมความแข็งแกร่งคือเส้นใย: แก้ว คาร์บอน โบรอน อินทรีย์ ที่มีหนวดเครา (ออกไซด์ คาร์ไบด์ บอไรด์ ไนไตรด์ และอื่นๆ) เช่นเดียวกับโลหะ (ลวด) ซึ่งมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งสูง

คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของส่วนประกอบ การรวมกัน อัตราส่วนเชิงปริมาณ และความแข็งแรงพันธะระหว่างกัน
วัสดุเสริมแรงสามารถอยู่ในรูปแบบของเส้นใย, เชือก, เกลียว, เทป, ผ้าหลายชั้น

เนื้อหาของตัวชุบแข็งในวัสดุที่เน้นคือ 60-80 vol. % ใน non-Oriented (มีเส้นใยแยกและหนวดเครา) - 20-30 vol. %. ยิ่งมีความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเส้นใยสูงเท่าใด วัสดุผสมก็จะยิ่งมีความแข็งแรงและความแข็งมากขึ้นเท่านั้น คุณสมบัติของเมทริกซ์กำหนดความแข็งแรงขององค์ประกอบในด้านแรงเฉือนและแรงอัด และความต้านทานต่อความล้มเหลวเมื่อยล้า

ตามประเภทของสารชุบแข็ง วัสดุคอมโพสิตจะจำแนกเป็นเส้นใยแก้ว เส้นใยคาร์บอนที่มีเส้นใยคาร์บอน เส้นใยโบรอน และเส้นใยออร์กาโน

ในวัสดุลามิเนต เส้นใย ด้าย เทปที่ชุบด้วยสารยึดเกาะจะวางขนานกันในระนาบการวาง ชั้นแบนประกอบเป็นแผ่น คุณสมบัติเป็นแบบแอนไอโซทรอปิก สำหรับงานของวัสดุในผลิตภัณฑ์ ควรพิจารณาทิศทางของการรับน้ำหนักด้วย คุณสามารถสร้างวัสดุที่มีทั้งคุณสมบัติไอโซโทรปิกและแอนไอโซทรอปิก
คุณสามารถวางเส้นใยในมุมต่างๆ ได้ ซึ่งแตกต่างกันไปตามคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิต การดัดและการบิดงอของวัสดุขึ้นอยู่กับลำดับของการวางชั้นตามความหนาของบรรจุภัณฑ์

ใช้การวางองค์ประกอบเสริมแรงสามสี่เธรดขึ้นไป
โครงสร้างของเกลียวตั้งฉากสามเส้นมีการใช้งานมากที่สุด สารชุบแข็งสามารถอยู่ในทิศทางตามแนวแกน แนวรัศมี และเส้นรอบวง

วัสดุสามมิติสามารถมีความหนาในรูปแบบของบล็อก, กระบอกสูบ ผ้าที่เทอะทะเพิ่มความต้านทานการฉีกขาดและความต้านทานแรงเฉือนเมื่อเปรียบเทียบกับผ้าที่มีชั้น ระบบสี่เกลียวถูกสร้างขึ้นโดยการขยายสารเสริมแรงตามแนวทแยงของลูกบาศก์ โครงสร้างของเกลียวทั้งสี่มีความสมดุล เพิ่มความแข็งแกร่งของแรงเฉือนในระนาบหลัก
อย่างไรก็ตาม การสร้างวัสดุสี่ทิศทางนั้นยากกว่าวัสดุสามทิศทาง

3. การจำแนกประเภทของวัสดุผสม

3.1. วัสดุผสมเส้นใย

บ่อยครั้งที่วัสดุคอมโพสิตเป็นโครงสร้างเป็นชั้นซึ่งแต่ละชั้นเสริมด้วยเส้นใยต่อเนื่องแบบขนานจำนวนมาก แต่ละชั้นสามารถเสริมความแข็งแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่องที่ทอเป็นผ้าได้ ซึ่งเป็นรูปทรงดั้งเดิม ซึ่งสอดคล้องกับความกว้างและความยาวจนถึงวัสดุสุดท้าย ไม่ใช่เรื่องแปลกที่เส้นใยจะทอเป็นโครงสร้างสามมิติ

วัสดุคอมโพสิตแตกต่างจากโลหะผสมทั่วไปในค่าความต้านทานแรงดึงและความทนทานที่สูงขึ้น (50–10%) โมดูลัสความยืดหยุ่น ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็ง และความไวต่อการแตกร้าวที่ต่ำกว่า การใช้วัสดุคอมโพสิตช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของโครงสร้างในขณะที่ลดการใช้โลหะ

ความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิต (เส้นใย) ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของเส้นใย เมทริกซ์ควรกระจายความเค้นระหว่างองค์ประกอบเสริมแรงเป็นหลัก ดังนั้นความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเส้นใยจะต้องมากกว่าความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเมทริกซ์อย่างมีนัยสำคัญ
เส้นใยเสริมแรงแบบแข็งจะรับรู้ความเค้นที่เกิดขึ้นในองค์ประกอบภายใต้การรับน้ำหนัก ให้ความแข็งแรงและความแข็งแกร่งในทิศทางของการวางแนวเส้นใย

เส้นใยโบรอนถูกนำมาใช้เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับอลูมิเนียม แมกนีเซียม และโลหะผสม เช่นเดียวกับเส้นใยจากสารประกอบทนไฟ (คาร์ไบด์ ไนไตรด์ บอไรด์ และออกไซด์) ซึ่งมีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสความยืดหยุ่น มักใช้ลวดเหล็กความแข็งแรงสูงเป็นเส้นใย

ลวดโมลิบดีนัม เส้นใยแซฟไฟร์ ซิลิกอนคาร์ไบด์และไททาเนียมบอไรด์ใช้เพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับไททาเนียมและโลหะผสม

ความต้านทานความร้อนที่เพิ่มขึ้นของโลหะผสมนิกเกิลทำได้โดยการเสริมแรงด้วยลวดทังสเตนหรือโมลิบดีนัม เส้นใยโลหะยังใช้ในกรณีที่จำเป็นต้องมีการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง สารเพิ่มความแข็งที่มีแนวโน้มสูงสำหรับวัสดุคอมโพสิตเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสสูง ได้แก่ หนวดที่ทำด้วยอะลูมิเนียมออกไซด์และไนไตรด์ ซิลิกอนคาร์ไบด์และไนไตรด์ คาร์ไบด์ เป็นต้น

วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากโลหะมีความแข็งแรงและทนความร้อนสูง ในขณะเดียวกันก็มีความเป็นพลาสติกต่ำ อย่างไรก็ตาม เส้นใยในวัสดุคอมโพสิตลดอัตราการแพร่กระจายของรอยแตกที่เริ่มต้นในเมทริกซ์ และการแตกหักแบบกะทันหันอย่างกะทันหันจะหายไปเกือบหมด ลักษณะเด่นของวัสดุคอมโพสิตแกนเดียวที่มีเส้นใยคือแอนไอโซโทรปีของสมบัติเชิงกลตลอดแนวเส้นใยและความไวต่ำต่อหัววัดความเค้น

แอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตที่มีเส้นใยถูกนำมาพิจารณาเมื่อออกแบบชิ้นส่วนเพื่อปรับคุณสมบัติให้เหมาะสมโดยการจับคู่สนามต้านทานกับสนามความเค้น

การเสริมแรงของอะลูมิเนียม แมกนีเซียม และไททาเนียมอัลลอยด์ด้วยเส้นใยทนไฟแบบต่อเนื่องของโบรอน ซิลิกอนคาร์ไบด์ ไททาเนียมโดโบไรด์ และอะลูมิเนียมออกไซด์ช่วยเพิ่มความต้านทานความร้อนได้อย่างมาก คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตคืออัตราการอ่อนตัวในเวลาที่ต่ำตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

ข้อเสียเปรียบหลักของวัสดุคอมโพสิตที่มีการเสริมแรงแบบหนึ่งและสองมิติคือความต้านทานต่ำต่อแรงเฉือนระหว่างแผ่นและแรงเฉือนตามขวาง วัสดุที่มีการเสริมแรงเชิงปริมาตรจะปราศจากสิ่งนี้

3.2. วัสดุคอมโพสิตเสริมความแข็งแกร่งในการกระจายตัว

เมทริกซ์เป็นองค์ประกอบหลักรับน้ำหนัก ซึ่งแตกต่างจากวัสดุคอมโพสิตที่มีเส้นใย และอนุภาคที่กระจายตัวจะชะลอการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ในนั้น
มีความแข็งแรงสูงด้วยขนาดอนุภาค 10-500 นาโนเมตร โดยมีระยะห่างเฉลี่ยระหว่าง 100-500 นาโนเมตรและการกระจายสม่ำเสมอในเมทริกซ์
ความแข็งแรงและความต้านทานความร้อนขึ้นอยู่กับปริมาณของเฟสการชุบแข็ง ไม่เชื่อฟังกฎของการเติม ปริมาณที่เหมาะสมที่สุดของระยะที่สองสำหรับโลหะชนิดต่างๆ ไม่เหมือนกัน แต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่เกิน 5-10 vol %.

การใช้สารประกอบทนไฟที่เสถียร (ออกไซด์ของทอเรียม แฮฟเนียม อิตเทรียม สารประกอบเชิงซ้อนของออกไซด์และโลหะแรร์เอิร์ธ) ที่ไม่ละลายในโลหะเมทริกซ์เป็นขั้นตอนเสริมความแข็งแรงช่วยให้คงความแข็งแรงของวัสดุได้สูงถึง 0.9-0.95 ต. ด้วยเหตุนี้วัสดุดังกล่าวจึงมักใช้เป็นวัสดุทนความร้อน วัสดุผสมที่เสริมความแข็งแกร่งในการกระจายตัวสามารถหาได้จากโลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่ที่ใช้ในงานวิศวกรรม

โลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดจากอลูมิเนียม - SAP (ผงอลูมิเนียมเผา)

ความหนาแน่นของวัสดุเหล่านี้เท่ากับความหนาแน่นของอะลูมิเนียม ซึ่งไม่ได้ด้อยกว่าในด้านความต้านทานการกัดกร่อน และยังสามารถใช้แทนไททาเนียมและเหล็กที่ทนต่อการกัดกร่อนได้เมื่อทำงานในช่วงอุณหภูมิ 250-500 °C ในแง่ของความแข็งแรงในระยะยาว พวกเขาจะเหนือกว่าโลหะผสมอลูมิเนียมดัด ความแข็งแรงในระยะยาวสำหรับโลหะผสม SAP-1 และ SAP-2 ที่ 500 °C คือ 45-55 MPa

โอกาสที่ยอดเยี่ยมสำหรับวัสดุที่มีการกระจายตัวของนิกเกิล
โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นกรด 2-3 vol. % ทอเรียมไดออกไซด์หรือแฮฟเนียมไดออกไซด์ เมทริกซ์ของโลหะผสมเหล่านี้มักจะเป็นสารละลายที่เป็นของแข็งของ Ni + 20% Cr, Ni + 15% Mo, Ni + 20% Cr และ Mo โลหะผสม VDU-1 (นิกเกิลชุบแข็งด้วยทอเรียมไดออกไซด์), VDU-2 (ชุบนิกเกิลด้วยแฮฟเนียมไดออกไซด์) และ VD-3 (เมทริกซ์ Ni + 20% Cr ชุบแข็งด้วยทอเรียมออกไซด์) ได้รับการนำไปใช้อย่างกว้างขวาง โลหะผสมเหล่านี้มีความต้านทานความร้อนสูง วัสดุคอมโพสิตที่เสริมความแข็งแกร่งในการกระจายตัว เช่นเดียวกับวัสดุที่มีเส้นใย สามารถทนต่อการอ่อนตัวด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและระยะเวลาการคงตัวที่อุณหภูมิที่กำหนด

3.3. ไฟเบอร์กลาส

ไฟเบอร์กลาสเป็นองค์ประกอบที่ประกอบด้วยเรซินสังเคราะห์ซึ่งเป็นสารยึดเกาะและฟิลเลอร์ใยแก้ว ในฐานะที่เป็นฟิลเลอร์จะใช้ใยแก้วแบบต่อเนื่องหรือแบบสั้น ความแข็งแรงของใยแก้วเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วโดยมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางลดลง (เนื่องจากอิทธิพลของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันและรอยแตกที่เกิดขึ้นในส่วนที่หนา) คุณสมบัติของไฟเบอร์กลาสยังขึ้นอยู่กับเนื้อหาของอัลคาไลในองค์ประกอบ ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดในแก้วปราศจากด่างขององค์ประกอบอลูมิโนโบโรซิลิเกต

ใยแก้วที่ไม่เน้นมีเส้นใยสั้นเป็นสารตัวเติม ทำให้สามารถกดชิ้นส่วนต่างๆ ได้ รูปร่างซับซ้อน, พร้อมอุปกรณ์โลหะ วัสดุได้มาจากคุณลักษณะความแข็งแรงของไอโซโทปที่สูงกว่าผงอัดและเส้นใยมาก ตัวแทนของวัสดุดังกล่าว ได้แก่ เส้นใยแก้ว AG-4V เช่นเดียวกับ DSV (เส้นใยแก้วแบบมิเตอร์) ซึ่งใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนไฟฟ้ากำลัง, ชิ้นส่วนทางวิศวกรรมเครื่องกล (หลอด, ซีลปั๊ม ฯลฯ ) เมื่อใช้โพลีเอสเตอร์ที่ไม่อิ่มตัวเป็นสารยึดเกาะ จะได้รับ PSK พรีมิกซ์ (แป้งเปียก) และพรีพรีก AP และ PPM (อิงจากแผ่นรองแก้ว) Prepregs สามารถใช้กับผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ได้ รูปร่างที่เรียบง่าย(ตัวถังรถ เรือ กล่องเครื่องมือ ฯลฯ)

ใยแก้วที่มุ่งเน้นมีสารตัวเติมในรูปของเส้นใยยาวจัดเรียงเป็นเส้นแยกตามทิศทางและติดกาวอย่างระมัดระวังพร้อมกับสารยึดเกาะ ทำให้ไฟเบอร์กลาสมีความแข็งแรงสูง

ไฟเบอร์กลาสสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิตั้งแต่ -60 ถึง 200 ° C รวมทั้งใน สภาพเขตร้อนทนต่อแรงเฉื่อยมากเกินไป
เมื่ออายุครบ 2 ปี ค่าสัมประสิทธิ์การเสื่อมสภาพ K = 0.5-0.7
รังสีไอออไนซ์มีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้า ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงสูงพร้อมข้อต่อและเกลียว

3.4. เส้นใยคาร์บอน

เส้นใยคาร์บอน (พลาสติกคาร์บอน) เป็นองค์ประกอบที่ประกอบด้วยสารยึดเกาะโพลีเมอร์ (เมทริกซ์) และสารเสริมแรงในรูปของเส้นใยคาร์บอน (เส้นใยคาร์บอน)

พลังงานสูง การเชื่อมต่อ CCเส้นใยคาร์บอนช่วยให้สามารถรักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงมาก (ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางและลดลงได้ถึง 2200 ° C) รวมทั้งที่ อุณหภูมิต่ำ. ปกป้องเส้นใยจากการเกิดออกซิเดชัน สารเคลือบป้องกัน(ไพโรไลติก). เส้นใยคาร์บอนไม่เหมือนกับใยแก้วตรงที่สารยึดเกาะทำให้เปียกได้ไม่ดี
(พลังงานพื้นผิวต่ำ) จึงมีการสลัก สิ่งนี้จะเพิ่มระดับของการกระตุ้นเส้นใยคาร์บอนโดยเนื้อหาของกลุ่มคาร์บอกซิลบนพื้นผิว แรงเฉือนระหว่างชั้นของคาร์บอนไฟเบอร์เพิ่มขึ้น 1.6-2.5 เท่า การใช้ผลึกหนวดเครา TiO, AlN และ SiN ช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของ interlayer ได้ 2 เท่าและแข็งแรงขึ้น 2.8 เท่า ใช้โครงสร้างเสริมเชิงพื้นที่

สารยึดเกาะเป็นโพลีเมอร์สังเคราะห์ (เส้นใยพอลิเมอร์คาร์บอน) โพลีเมอร์สังเคราะห์ภายใต้ไพโรไลซิส (เส้นใยคาร์บอนโค้ก); คาร์บอนไพโรไลติก (เส้นใยคาร์บอนไพโรคาร์บอน)

เส้นใยคาร์บอนอีพ็อกซี่ฟีนอล KMU-1l เสริมด้วยเทปคาร์บอน และ KMU-1u บนสายพ่วงที่เคลือบด้วยคริสตัลมัสสุ สามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงถึง 200 °C

คาร์โบไฟเบอร์ KMU-3 และ KMU-2l ได้มาจากสารยึดเกาะอีพอกซีอะนิลิโน - ฟอร์มาลดีไฮด์ซึ่งสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 100 ° C ซึ่งเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงที่สุด เส้นใยคาร์บอน KMU-2 และ
KMU-2l ที่ใช้สารยึดเกาะ polyimide สามารถใช้ได้ที่อุณหภูมิสูงถึง
300 องศาเซลเซียส

เส้นใยคาร์บอนมีความโดดเด่นด้วยความต้านทานความล้าแบบสถิตและไดนามิกสูง โดยคงคุณสมบัตินี้ไว้ที่อุณหภูมิปกติและต่ำมาก (ค่าการนำความร้อนสูงของเส้นใยจะป้องกันความร้อนในตัวของวัสดุเนื่องจากแรงเสียดทานภายใน) ทนทานต่อน้ำและสารเคมี หลังจากได้รับรังสีเอกซ์ในอากาศแล้ว E และ E แทบไม่เปลี่ยนแปลง

ค่าการนำความร้อนของคาร์บอนไฟเบอร์สูงกว่าค่าการนำความร้อนของไฟเบอร์กลาส 1.5-2 เท่า มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าดังนี้ = 0.0024-0.0034 Ohm cm (ตามแนวเส้นใย); ? \u003d 10 และ tg \u003d 0.001 (ที่ความถี่ปัจจุบัน 10 Hz)

เส้นใยคาร์โบกลาสประกอบด้วยเส้นใยแก้วคาร์บอนซึ่งช่วยลดต้นทุนของวัสดุ

3.5. คาร์บอนไฟเบอร์ที่มีคาร์บอนเมทริกซ์

วัสดุโค้กได้มาจากเส้นใยพอลิเมอร์คาร์บอนแบบธรรมดาที่ผ่านการไพโรไลซิสในบรรยากาศเฉื่อยหรือลดบรรยากาศ ที่อุณหภูมิ 800-1500 °C คาร์บอนไนซ์จะเกิดขึ้น ที่ 2500-3000 °C เส้นใยคาร์บอนกราไฟท์จะเกิดขึ้น เพื่อให้ได้วัสดุที่เป็นไพโรคาร์บอน ตัวชุบแข็งจะถูกจัดวางตามรูปร่างของผลิตภัณฑ์ และวางไว้ในเตาอบที่ผ่านก๊าซไฮโดรคาร์บอน (มีเทน) ภายใต้ระบอบการปกครองบางอย่าง (อุณหภูมิ 1100 °C และความดันตกค้าง 2660 Pa) มีเทนสลายตัวและคาร์บอนไพโรไลติกที่เป็นผลลัพธ์จะถูกสะสมบนเส้นใยของสารเสริมแรง ผูกมัดพวกมัน

โค้กที่เกิดขึ้นระหว่างไพโรไลซิสของสารยึดเกาะมีความแข็งแรงสูงในการยึดเกาะกับเส้นใยคาร์บอน ในเรื่องนี้ วัสดุคอมโพสิตมีคุณสมบัติทางกลและการระเหยสูง ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน

คาร์บอนไฟเบอร์ที่มีคาร์บอนเมทริกซ์ของประเภท KUP-VM ในแง่ของความแข็งแรงและแรงกระแทกนั้นเหนือกว่ากราไฟต์พิเศษ 5-10 เท่า เมื่อถูกความร้อนในบรรยากาศเฉื่อยและสุญญากาศ จะคงความแข็งแรงไว้ได้ถึง 2200
°C ออกซิไดซ์ในอากาศที่ 450 °C และต้องมีการเคลือบป้องกัน
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของเส้นใยคาร์บอนหนึ่งเส้นที่มีเมทริกซ์คาร์บอนสูง (0.35-0.45) และการสึกหรอต่ำ (0.7-1 ไมครอนสำหรับการเบรก)

3.6. เส้นใยโบรอน

เส้นใยโบรอนเป็นองค์ประกอบของสารยึดเกาะโพลีเมอร์และสารเสริมแรง - เส้นใยโบรอน

เส้นใยโบรอนมีความโดดเด่นด้วยแรงอัดสูง แรงเฉือน แรงเฉือนต่ำ ความแข็งสูงและโมดูลัสความยืดหยุ่น การนำความร้อนและไฟฟ้า โครงสร้างจุลภาคของเซลล์ของเส้นใยโบรอนให้แรงเฉือนสูงที่ส่วนต่อประสานกับเมทริกซ์

นอกจากเส้นใยโบรอนแบบต่อเนื่องแล้ว ยังใช้กลาไซต์โบรอนที่ซับซ้อน ซึ่งเส้นใยโบรอนขนานกันหลายเส้นถูกถักด้วยใยแก้ว ซึ่งทำให้มิติมีเสถียรภาพ การใช้แก้วโบรอนทำให้ง่ายขึ้น กระบวนการทางเทคโนโลยีการผลิตวัสดุ

สารยึดเกาะอีพ็อกซี่และโพลิอิไมด์ดัดแปลงถูกใช้เป็นเมทริกซ์เพื่อให้ได้เส้นใยโบรอน เส้นใยโบรอน KMB-1 และ
KMB-1k ออกแบบมาสำหรับ งานยาวที่อุณหภูมิ 200 °C; KMB-3 และ KMB-3k ไม่ต้องการ ความดันสูงระหว่างการประมวลผลและสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิไม่เกิน 100 ° C KMB-2k ทำงานที่อุณหภูมิ 300 °C

เส้นใยโบรอนมีความต้านทานความล้าสูง ทนต่อรังสี น้ำ ตัวทำละลายอินทรีย์และวัสดุที่ติดไฟได้

3.7. เส้นใยอินทรีย์

เส้นใยอินทรีย์เป็นวัสดุคอมโพสิตที่ประกอบด้วยสารยึดเกาะโพลีเมอร์และสารเสริมแรง (ฟิลเลอร์) ในรูปของเส้นใยสังเคราะห์ วัสดุดังกล่าวมีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งจำเพาะค่อนข้างสูงและมีเสถียรภาพภายใต้การกระทำของโหลดแบบสลับกันและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว สำหรับเส้นใยสังเคราะห์ การสูญเสียความแข็งแรงระหว่างกระบวนการผลิตสิ่งทอมีน้อย มีความไวต่อความเสียหายน้อยกว่า

สำหรับเส้นใยอวัยวะ ค่าของโมดูลัสความยืดหยุ่นและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นของสารชุบแข็งและสารยึดเกาะจะใกล้เคียงกัน
มีการแพร่กระจายของส่วนประกอบของสารยึดเกาะไปยังเส้นใยและปฏิกิริยาเคมีระหว่างกัน โครงสร้างของวัสดุไม่มีข้อบกพร่อง ความพรุนไม่เกิน 1-3% (ในวัสดุอื่น 10-20%) ดังนั้นความเสถียรของคุณสมบัติทางกลของเส้นใยออร์แกนิกที่มีอุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว การกระทำของแรงกระแทกและโหลดแบบวนรอบ แรงกระแทกสูง (400-700kJ/m²) ข้อเสียของวัสดุเหล่านี้คือกำลังรับแรงอัดที่ค่อนข้างต่ำและการคืบสูง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเส้นใยยืดหยุ่น)

เส้นใยอินทรีย์มีความเสถียรในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและในสภาพอากาศเขตร้อนชื้น คุณสมบัติของไดอิเล็กตริกสูงและค่าการนำความร้อนต่ำ Organofibers ส่วนใหญ่สามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิ 100-150 °C และใช้สารยึดเกาะ polyimide และเส้นใย polyoxadiazole ที่อุณหภูมิ 200-300 °C

ใน วัสดุผสมพร้อมกับเส้นใยสังเคราะห์ ใช้เส้นใยแร่ (แก้ว เส้นใยคาร์บอน และเส้นใยโบรอน) วัสดุดังกล่าวมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งมากกว่า

4. ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของการใช้วัสดุคอมโพสิต

ไม่จำกัดขอบเขตการใช้วัสดุคอมโพสิต ใช้ในการบินสำหรับชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักมากของเครื่องบิน (ผิวหนัง เสา ซี่โครง แผง ฯลฯ) และเครื่องยนต์ (ใบพัดคอมเพรสเซอร์และเทอร์ไบน์ ฯลฯ) ในเทคโนโลยีอวกาศสำหรับหน่วยโครงสร้างรับน้ำหนักของยานพาหนะที่ต้องได้รับความร้อน , สำหรับส่วนประกอบที่ทำให้แข็ง, แผง , ในอุตสาหกรรมยานยนต์เพื่อทำให้ตัวถัง สปริง, เฟรม, แผงตัวถัง, กันชน ฯลฯ ในอุตสาหกรรมยานยนต์เบาลง ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ (เครื่องมือเจาะ ชิ้นส่วนรถเกี่ยวข้าว ฯลฯ) ในงานวิศวกรรมโยธา (ช่วงสะพาน, องค์ประกอบของโครงสร้างสำเร็จรูปของอาคารสูง ฯลฯ ) เป็นต้น) และในด้านอื่น ๆ ของเศรษฐกิจของประเทศ

การใช้วัสดุคอมโพสิตทำให้เกิดการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพใหม่ในการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ กำลังและการติดตั้งระบบขนส่ง การลดน้ำหนักของเครื่องจักรและอุปกรณ์

เทคโนโลยีในการรับผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปและผลิตภัณฑ์จากวัสดุคอมโพสิตได้รับการพัฒนาอย่างดี

วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ ได้แก่ เส้นใยโพลีเมอร์คาร์บอนใช้ในอุตสาหกรรมการต่อเรือและยานยนต์ (ตัวถังรถยนต์ แชสซี ใบพัด) แบริ่ง, แผงทำความร้อน, อุปกรณ์กีฬา, ชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์ทำจากพวกเขา เส้นใยคาร์บอนโมดูลัสสูงใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน อุปกรณ์สำหรับอุตสาหกรรมเคมี ในอุปกรณ์เอ็กซ์เรย์ และอื่นๆ

คาร์บอนไฟเบอร์คาร์บอนเมทริกซ์แทนที่กราไฟท์ประเภทต่างๆ ใช้สำหรับป้องกันความร้อน จานเบรกเครื่องบิน อุปกรณ์ทนสารเคมี

ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเส้นใยโบรอนใช้ในเทคโนโลยีการบินและอวกาศ (โปรไฟล์ แผง ใบพัดและใบพัดคอมเพรสเซอร์ ใบพัด และเพลาส่งกำลังของเฮลิคอปเตอร์ ฯลฯ)

Organofibers ถูกใช้เป็นวัสดุโครงสร้างที่เป็นฉนวนในอุตสาหกรรมไฟฟ้าและวิทยุ เทคโนโลยีการบิน และวิศวกรรมยานยนต์ ท่อ, ภาชนะสำหรับรีเอเจนต์, สารเคลือบตัวเรือและอื่น ๆ ทำจากสิ่งเหล่านี้

สามารถดูประกาศซื้อขายอุปกรณ์ได้ที่

คุณสามารถพูดคุยเกี่ยวกับข้อดีของเกรดโพลีเมอร์และคุณสมบัติของเกรดได้ที่

ลงทะเบียนบริษัทของคุณในสารบบธุรกิจ

วัสดุคอมโพสิต sudlal วัสดุคอมโพสิต impex
วัสดุคอมโพสิต(กม.) คอมโพสิต- วัสดุแข็งที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันที่สร้างขึ้นเทียมซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบสองชิ้นขึ้นไปโดยมีส่วนต่อประสานที่ชัดเจนระหว่างกัน ในคอมโพสิตส่วนใหญ่ (ยกเว้นองค์ประกอบที่เป็นชั้น) ส่วนประกอบสามารถแบ่งออกเป็นเมทริกซ์ (หรือสารยึดเกาะ) และองค์ประกอบเสริม (หรือสารตัวเติม) ที่รวมอยู่ในนั้น ในคอมโพสิตเพื่อวัตถุประสงค์เชิงโครงสร้าง องค์ประกอบเสริมมักจะให้คุณสมบัติทางกลที่จำเป็นของวัสดุ (ความแข็งแรง ความแข็งแกร่ง ฯลฯ) และเมทริกซ์ช่วยให้มั่นใจการทำงานร่วมกันขององค์ประกอบเสริมแรง และปกป้องพวกเขาจากความเสียหายทางกลและสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง

พฤติกรรมทางกลขององค์ประกอบถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของคุณสมบัติขององค์ประกอบเสริมแรงและเมทริกซ์ ตลอดจนความแข็งแรงของพันธะระหว่างพวกมัน ลักษณะและคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ที่สร้างขึ้นขึ้นอยู่กับการเลือกส่วนประกอบเริ่มต้นและเทคโนโลยีของการผสมผสาน

เมื่อรวมองค์ประกอบเสริมและเมทริกซ์เข้าด้วยกัน องค์ประกอบจะถูกสร้างขึ้นซึ่งมีชุดของคุณสมบัติที่ไม่เพียงสะท้อนถึงลักษณะเฉพาะเริ่มต้นของส่วนประกอบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติใหม่ที่ ส่วนประกอบแต่ละส่วนไม่ได้ครอบครอง ตัวอย่างเช่น การปรากฏตัวของส่วนต่อประสานระหว่างองค์ประกอบเสริมแรงและเมทริกซ์เพิ่มความต้านทานการแตกร้าวของวัสดุอย่างมีนัยสำคัญและในองค์ประกอบซึ่งแตกต่างจากโลหะที่เป็นเนื้อเดียวกันการเพิ่มความแข็งแรงคงที่ไม่ได้นำไปสู่การลดลง แต่ตามกฎแล้ว การเพิ่มขึ้นของลักษณะความเหนียวแตกหัก

ในการสร้างองค์ประกอบจะใช้ฟิลเลอร์เสริมแรงและเมทริกซ์ที่หลากหลาย เหล่านี้คือ getinax และ textolite (พลาสติกลามิเนตที่ทำจากกระดาษหรือผ้าที่ติดกาวด้วยเทอร์โมเซตติง) พลาสติกแก้วและกราไฟต์ (ผ้าหรือใยแก้วหรือกราไฟท์ที่ชุบแล้ว กาวอีพ็อกซี่) ไม้อัด มีวัสดุที่เส้นใยบาง ๆ ที่ทำจากโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงเต็มไปด้วยมวลอลูมิเนียม Bulat เป็นหนึ่งในวัสดุคอมโพสิตที่เก่าแก่ที่สุด เป็นชั้นที่บางที่สุด (บางครั้งเป็นเกลียว) ของเหล็กกล้าคาร์บอนสูง "ติดกาว" ด้วยเหล็กคาร์บอนต่ำที่อ่อนนุ่ม

นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุกำลังทดลองโดยมีเป้าหมายเพื่อสร้างความสะดวกในการผลิตมากขึ้น และอีกมากมาย วัสดุราคาถูก. มีการศึกษาโครงสร้างผลึกที่เติบโตด้วยตัวเองซึ่งติดกาวเป็นมวลเดียวด้วยกาวโพลีเมอร์ (ซีเมนต์ที่มีสารเติมแต่งของกาวที่ละลายน้ำได้) ส่วนประกอบเทอร์โมพลาสติกที่มีเส้นใยเสริมแรงสั้น ฯลฯ

• 1 การจำแนกประเภทของคอมโพสิต
• 2 ประโยชน์ของวัสดุคอมโพสิต
• 3 ข้อเสียของวัสดุคอมโพสิต
  • 3.1 ต้นทุนสูง
  • 3.2 Anisotropy ของคุณสมบัติ
  • 3.3 แรงกระแทกต่ำ
  • 3.4 ปริมาณจำเพาะสูง
  • 3.5 การดูดความชื้น
  • 3.6 ความเป็นพิษ
  • 3.7 การบำรุงรักษาไม่ดี
• 4 แอพพลิเคชั่น
  • 4.1 สินค้าอุปโภคบริโภค
  • 4.2 อุปกรณ์กีฬา
  • 4.3 ยา
  • 4.4 วิศวกรรมเครื่องกล
    • 4.4.1 ลักษณะเฉพาะ
    • 4.4.2 ข้อมูลจำเพาะ
    • 4.4.3 ข้อได้เปรียบทางเทคนิคและเศรษฐกิจ
    • 4.4.4 การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี
  • 4.5 การบินและอวกาศ
  • 4.6 ยุทโธปกรณ์และยุทโธปกรณ์
• 5 ดูเพิ่มเติม
• 6 หมายเหตุ
• 7 วรรณคดี
• 8 ลิงค์

การจำแนกประเภทคอมโพสิต

คอมโพสิตมักจะจำแนกตามประเภทของสารตัวเติมเสริมแรง:

• เส้นใย (ส่วนประกอบเสริม - โครงสร้างเส้นใย);
• ชั้น;
• พลาสติกเติม (ส่วนประกอบเสริม - อนุภาค)
  • จำนวนมาก (เป็นเนื้อเดียวกัน),
  • โครงกระดูก (โครงสร้างเริ่มต้นที่เต็มไปด้วยสารยึดเกาะ)

นอกจากนี้ บางครั้งคอมโพสิตยังจำแนกตามวัสดุของเมทริกซ์:

• พอลิเมอร์เมทริกซ์คอมโพสิต,
• คอมโพสิตเมทริกซ์เซรามิก,
• คอมโพสิตเมทริกซ์โลหะ,
• สารประกอบออกไซด์-ออกไซด์

ข้อดีของวัสดุคอมโพสิต

ข้อได้เปรียบหลักของ CM คือการสร้างวัสดุและโครงสร้างพร้อมกัน ข้อยกเว้นคือพรีเพกซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปสำหรับการผลิตโครงสร้าง

ควรสังเกตทันทีว่า CM ถูกสร้างขึ้นเพื่อประสิทธิภาพของงานเหล่านี้ ดังนั้นจึงไม่สามารถมีข้อดีที่เป็นไปได้ทั้งหมด แต่เมื่อออกแบบคอมโพสิตใหม่ วิศวกรสามารถกำหนดลักษณะที่เหนือกว่าคุณลักษณะของ วัสดุดั้งเดิมเมื่อบรรลุเป้าหมายนี้ในกลไกนี้ แต่ด้อยกว่าในด้านอื่น ๆ ซึ่งหมายความว่า KM ไม่สามารถดีขึ้นได้ วัสดุดั้งเดิมในทุกสิ่ง นั่นคือ สำหรับแต่ละผลิตภัณฑ์ วิศวกรดำเนินการทั้งหมด การคำนวณที่จำเป็นแล้วจึงเลือกที่เหมาะสมที่สุดระหว่างวัสดุสำหรับการผลิต

• ความแข็งแรงจำเพาะสูง (ความแรง 3500 MPa)
• ความแข็งแกร่งสูง (โมดูลัสความยืดหยุ่น 130…140 - 240 GPa)
• ทนต่อการสึกหรอสูง
• ความเหนื่อยล้าสูง
• เป็นไปได้ที่จะสร้างโครงสร้างที่มีมิติที่มั่นคงจากCM
• ผ่อนปรน

นอกจากนี้ คอมโพสิตประเภทต่างๆ อาจมีข้อดีอย่างน้อยหนึ่งข้อ ผลประโยชน์บางอย่างไม่สามารถบรรลุได้พร้อมกัน

ข้อเสียของวัสดุคอมโพสิต

วัสดุคอมโพสิตมีเพียงพอ จำนวนมากของข้อบกพร่องที่ขัดขวางการแพร่กระจายของพวกเขา

ราคาสูง

CM มีค่าใช้จ่ายสูงเนื่องจากความเข้มของการผลิตทางวิทยาศาสตร์สูง ความจำเป็นในการใช้อุปกรณ์และวัตถุดิบที่มีราคาแพงเป็นพิเศษ และด้วยเหตุนี้ การผลิตภาคอุตสาหกรรมที่พัฒนาแล้วและฐานทางวิทยาศาสตร์ของประเทศ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อวัสดุคอมโพสิตเข้ามาแทนที่ผลิตภัณฑ์แผ่นรีดธรรมดาที่ทำจากโลหะเหล็ก ในกรณีของผลิตภัณฑ์น้ำหนักเบา ผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างซับซ้อน ผลิตภัณฑ์ที่ทนต่อการกัดกร่อน ผลิตภัณฑ์ไดอิเล็กทริกที่มีความแข็งแรงสูง คอมโพสิตเป็นผู้ชนะ นอกจากนี้ ต้นทุนของผลิตภัณฑ์คอมโพสิตมักจะต่ำกว่าอะนาล็อกที่ทำจากโลหะที่ไม่ใช่เหล็กหรือเหล็กกล้าไร้สนิม

คุณสมบัติ anisotropy

Anisotropy คือการพึ่งพาคุณสมบัติของ CM ในการเลือกทิศทางการวัด ตัวอย่างเช่น โมดูลัสความยืดหยุ่นของเส้นใยคาร์บอนทิศทางเดียวตามเส้นใยนั้นสูงกว่าในทิศทางตามขวาง 10-15 เท่า

เพื่อชดเชย anisotropy ปัจจัยด้านความปลอดภัยจะเพิ่มขึ้น ซึ่งสามารถแก้ข้อได้เปรียบของ CM ในความแข็งแรงจำเพาะ ประสบการณ์การใช้ CM ในการผลิตหางแนวตั้งของเครื่องบินขับไล่ MiG-29 สามารถเป็นตัวอย่างดังกล่าวได้ เนื่องจากแอนไอโซโทรปีของ KM ที่ใช้ หางแนวตั้งจึงได้รับการออกแบบด้วยปัจจัยด้านความปลอดภัยที่เป็นปัจจัยมาตรฐานหลายประการในการบินที่ 1.5 ซึ่งท้ายที่สุดก็นำไปสู่ความจริงที่ว่าหางแนวตั้งแบบผสมของ MiG-29 กลายเป็น มีน้ำหนักเท่ากับการออกแบบหางแนวตั้งแบบคลาสสิกที่ทำจากดูราลูมิน

อย่างไรก็ตาม ในหลายกรณี แอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติมีประโยชน์ ตัวอย่างเช่น ท่อที่ทำงานภายใต้แรงดันภายในจะพบกับความเค้นแตกหักเป็นสองเท่าในทิศทางเส้นรอบวงเมื่อเทียบกับท่อในแนวแกน ดังนั้นท่อไม่จำเป็นต้องมีความแข็งแรงเท่ากันในทุกทิศทาง ในกรณีของวัสดุผสม สามารถรับรองสภาพนี้ได้อย่างง่ายดายโดยการเพิ่มการเสริมแรงเป็นสองเท่าในทิศทางรอบวงเมื่อเปรียบเทียบกับการเสริมแรงในแนวแกน

แรงกระแทกต่ำ

แรงกระแทกต่ำยังเป็นสาเหตุของความจำเป็นในการเพิ่มระยะขอบของความปลอดภัย นอกจากนี้แรงกระแทกต่ำทำให้เกิดความเสียหายสูงต่อผลิตภัณฑ์ CM ซึ่งมีโอกาสสูงที่ ข้อบกพร่องที่ซ่อนอยู่ซึ่งสามารถตรวจจับได้โดยวิธีการควบคุมด้วยเครื่องมือเท่านั้น

ปริมาณจำเพาะสูง

ปริมาณจำเพาะสูงคือ ข้อเสียที่สำคัญเมื่อใช้ CM ในพื้นที่ที่มีข้อจำกัดรุนแรงเกี่ยวกับปริมาณที่ถูกครอบครอง ตัวอย่างเช่น ใช้กับการบินเหนือเสียง ซึ่งแม้การเพิ่มปริมาณเครื่องบินเพียงเล็กน้อยก็นำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมากในการลากตามหลักอากาศพลศาสตร์ของคลื่น

การดูดความชื้น

วัสดุคอมโพสิตดูดความชื้น กล่าวคือ มักจะดูดซับความชื้นซึ่งเกิดจากความไม่ต่อเนื่องของโครงสร้างภายในของ CM ที่ การดำเนินงานระยะยาวและการเปลี่ยนอุณหภูมิซ้ำๆ จนถึง 0 องศาเซลเซียส น้ำที่ซึมเข้าไปในโครงสร้างของ CM จะทำลายผลิตภัณฑ์จาก CM จากด้านใน (ผลจะคล้ายกับการทำลายโดยธรรมชาติ ทางหลวงในช่วงนอกฤดูกาล) ในทางธรรม ควรสังเกตว่าข้อเสียเปรียบนี้หมายถึงคอมโพสิตรุ่นแรกซึ่งมีการยึดเกาะที่มีประสิทธิภาพไม่เพียงพอของสารยึดเกาะกับสารตัวเติม เช่นเดียวกับโพรงขนาดใหญ่ในเมทริกซ์สารยึดเกาะ ประเภทสมัยใหม่คอมโพสิตที่มีการยึดเกาะสูงของสารยึดเกาะกับสารตัวเติม (ทำได้โดยการใช้สารหล่อลื่นพิเศษ) ที่ได้จากการขึ้นรูปด้วยสุญญากาศด้วยปริมาณก๊าซตกค้างขั้นต่ำจะไม่อยู่ภายใต้ข้อเสียนี้ ซึ่งทำให้สามารถสร้างได้โดยเฉพาะ เรือคอมโพสิต ผลิตการเสริมแรงคอมโพสิตและการสนับสนุนคอมโพสิตสำหรับสายไฟเหนือศีรษะ

อย่างไรก็ตาม CM สามารถดูดซับของเหลวที่แทรกซึมได้สูงอื่นๆ เช่น น้ำมันก๊าดสำหรับเครื่องบินหรือผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมอื่นๆ

ความเป็นพิษ

ระหว่างการทำงาน CM สามารถปล่อยควันที่มักเป็นพิษได้ หากผลิตภัณฑ์ทำจาก CM ที่จะตั้งอยู่ใกล้กับบุคคล (ตัวอย่างดังกล่าวอาจเป็นลำตัวคอมโพสิตของเครื่องบินโบอิ้ง 787 Dreamliner) จำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลกระทบของส่วนประกอบ CM ต่อมนุษย์เพื่ออนุมัติวัสดุ ใช้ในการผลิต CM.

ความสามารถในการบำรุงรักษาต่ำ

วัสดุคอมโพสิตอาจมีความสามารถในการปฏิบัติงานต่ำ การบำรุงรักษาต่ำ และ ค่าใช้จ่ายที่สูงการดำเนินการ. เนื่องจากต้องใช้วิธีการพิเศษที่ใช้แรงงานมาก (และบางครั้ง ใช้แรงงาน) เครื่องมือพิเศษสำหรับสร้างและซ่อมแซมวัตถุจาก CM. บ่อยครั้งที่ผลิตภัณฑ์จาก KM ไม่ได้อยู่ภายใต้การปรับแต่งและซ่อมแซมใดๆ เลย

พื้นที่ใช้งาน

เครื่องอุปโภคบริโภค

• คอนกรีตเสริมเหล็กเป็นวัสดุคอมโพสิตที่เก่าแก่และเรียบง่ายที่สุดชนิดหนึ่ง
• แท่งสำหรับ ตกปลาไฟเบอร์กลาสและคาร์บอนไฟเบอร์
• เรือไฟเบอร์กลาส
• ยางรถยนต์
• คอมโพสิตโลหะ

อุปกรณ์กีฬา

คอมโพสิตได้รับการยอมรับอย่างมั่นคงในกีฬา: สำหรับ ความสำเร็จสูงต้องการความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบาและราคาไม่ได้มีบทบาทพิเศษ

• จักรยาน
• อุปกรณ์สกี - ไม้ค้ำและสกี
• ไม้ฮอกกี้และรองเท้าสเก็ต
• เรือคายัค เรือแคนู และไม้พาย
• ส่วนของร่างกายสำหรับรถแข่งและรถจักรยานยนต์
• หมวกกันน็อค

ยา

วัสดุอุดฟัน. เมทริกซ์พลาสติกทำหน้าที่ในการเติมที่ดี ฟิลเลอร์อนุภาคแก้วเพิ่มความต้านทานการสึกหรอ

วิศวกรรมเครื่องกล

ในทางวิศวกรรมเครื่องกล วัสดุคอมโพสิตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้าง สารเคลือบป้องกันบนพื้นผิวเสียดทาน, เช่นเดียวกับสำหรับการผลิต ส่วนต่างๆเครื่องยนต์ สันดาปภายใน(ลูกสูบ, ก้านสูบ).

ลักษณะ

เทคโนโลยีนี้ใช้เพื่อสร้างสารเคลือบป้องกันเพิ่มเติมบนพื้นผิวในคู่แรงเสียดทานระหว่างเหล็กและยาง การใช้เทคโนโลยีช่วยเพิ่มรอบการทำงานของซีลและเพลา อุปกรณ์อุตสาหกรรมทำงานในสภาพแวดล้อมทางน้ำ

วัสดุคอมโพสิตประกอบด้วยวัสดุที่แตกต่างกันตามหน้าที่หลายประการ พื้นฐานของวัสดุอนินทรีย์คือซิลิเกตของแมกนีเซียม เหล็ก และอะลูมิเนียมที่ดัดแปลงด้วยสารเติมแต่งต่างๆ การเปลี่ยนเฟสในวัสดุเหล่านี้เกิดขึ้นที่โหลดในท้องถิ่นที่สูงเพียงพอใกล้กับความแข็งแรงสูงสุดของโลหะ ในเวลาเดียวกัน ชั้นเซอร์เม็ทที่มีความแข็งแรงสูงจะก่อตัวขึ้นที่พื้นผิวในโซนที่มีโหลดในพื้นที่สูง เนื่องจากสามารถเปลี่ยนโครงสร้างของพื้นผิวโลหะได้

วัสดุพอลิเมอร์ที่มีพื้นฐานจากพอลิเตตระฟลูออโรเอทิลีนถูกดัดแปลงด้วยผงเพชร-กราไฟต์ที่กระจายตัวเป็นพิเศษซึ่งได้มาจากวัสดุที่ระเบิดได้ เช่นเดียวกับผงละเอียดพิเศษของโลหะอ่อน การแปรรูปวัสดุจะดำเนินการที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ (น้อยกว่า 300 °C)

วัสดุออร์แกโนเมทัลลิกที่ได้จากกรดไขมันธรรมชาติมีหมู่ฟังก์ชันที่เป็นกรดจำนวนมาก ด้วยเหตุนี้ การโต้ตอบกับอะตอมของโลหะบนพื้นผิวสามารถทำได้ในโหมดพัก พลังงานแรงเสียดทานเร่งกระบวนการและกระตุ้นการปรากฏตัวของการเชื่อมโยงข้าม

ข้อมูลจำเพาะ

การเคลือบป้องกันขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของวัสดุผสม สามารถแสดงลักษณะดังต่อไปนี้:

• ความหนาสูงสุด 100 ไมครอน
• ระดับความสะอาดพื้นผิวเพลา (สูงสุด 9);
• มีรูพรุนขนาด 1 - 3 ไมครอน
• ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสูงถึง 0.01;
• การยึดเกาะสูงกับพื้นผิวโลหะและยาง

ข้อได้เปรียบทางเทคนิคและเศรษฐกิจ

• ชั้นเซอร์เม็ทที่มีความแข็งแรงสูงเกิดขึ้นบนพื้นผิวในเขตที่มีโหลดในพื้นที่สูง
• ชั้นที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของ polytetrafluoroethylenes มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำและมีความทนทานต่อการสึกหรอจากการเสียดสีต่ำ
• สารเคลือบโลหะอินทรีย์มีความอ่อนนุ่มมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำพื้นผิวมีรูพรุนความหนาของชั้นเพิ่มเติมคือไม่กี่ไมครอน

ขอบเขตการใช้งานของเทคโนโลยี

• วาดบน พื้นผิวการทำงานซีลเพื่อลดแรงเสียดทานและสร้างชั้นแยกที่ป้องกันไม่ให้ยางเกาะติดกับเพลาในช่วงเวลาที่เหลือ
• เครื่องยนต์สันดาปภายในความเร็วสูงสำหรับรถยนต์และเครื่องบิน

การบินและอวกาศ

ตั้งแต่ปี 1960 เป็นต้นมา การบินและอวกาศมีความจำเป็นเร่งด่วนสำหรับการผลิตโครงสร้างที่แข็งแรง น้ำหนักเบา และทนต่อการสึกหรอ วัสดุคอมโพสิตใช้สำหรับการผลิตโครงสร้างรับน้ำหนักของเครื่องบิน ดาวเทียมเทียม สารเคลือบฉนวนความร้อนสำหรับกระสวยอวกาศ และยานสำรวจอวกาศ มีการใช้วัสดุคอมโพสิตมากขึ้นในการผลิตผิวหนังสำหรับอากาศและ ยานอวกาศและองค์ประกอบพลังงานที่โหลดมากที่สุด

ยุทโธปกรณ์และยุทโธปกรณ์

เนื่องจากลักษณะเฉพาะ (ความแข็งแรงและเบา) CM จึงถูกใช้ในกิจการทหารเพื่อการผลิต ประเภทต่างๆเกราะ:

• ชุดเกราะ (ดู Kevlar ด้วย)
• เกราะสำหรับยานเกราะทหาร

จนถึงศตวรรษที่ 4 BC อี ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นส่วนหนึ่งของคันธนูเป็นอาวุธ

ดูสิ่งนี้ด้วย

• เหล็กเส้นคอมโพสิต
• วัสดุไฮบริด

หมายเหตุ

1. เจ. ลูบิน. 1.2 ข้อกำหนดและคำจำกัดความ // คู่มือวัสดุคอมโพสิต: 2 เล่ม = คู่มือคอมโพสิต - M.: Mashinostroenie, 1988. - T. 1. - 448 p. - ไอเอสบีเอ็น 5-217-00225-5

วรรณกรรม

• Kerber ML, วัสดุผสมพอลิเมอร์ โครงสร้าง. คุณสมบัติ. เทคโนโลยี. - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: อาชีพ 2551 - 560 หน้า
• Vasiliev VV กลศาสตร์ของโครงสร้างที่ทำจากวัสดุคอมโพสิต - M.: Mashinostroenie, 1988. - 272 p.
• Karpinos D. M. , วัสดุคอมโพสิต ไดเรกทอรี - Kyiv, Naukova Dumka

ลิงค์

• วารสารกลศาสตร์วัสดุและโครงสร้างคอมโพสิต
• "คอมโพสิตจากเมืองวิทยาศาสตร์"
• “เทคโนโลยีแบล็ควิง”

อิมเพ็กซ์วัสดุคอมโพสิต ซัดลัลวัสดุคอมโพสิต ลัทธิวัตถุนิยมคอมโพสิต วิทยาศาสตร์วัสดุคอมโพสิต

ข้อมูลวัสดุคอมโพสิต เกี่ยวกับ

1. วัสดุคอมโพสิตหรือวัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุแห่งอนาคต

หลังจากที่ฟิสิกส์สมัยใหม่ของโลหะได้อธิบายให้เราฟังอย่างละเอียดถึงเหตุผลของการเป็นพลาสติก ความแข็งแรง และการเพิ่มขึ้น การพัฒนาวัสดุใหม่อย่างเป็นระบบจึงเริ่มต้นขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่การสร้างวัสดุที่มีความแข็งแรงมากกว่าโลหะผสมทั่วไปในปัจจุบันหลายเท่า ในกรณีนี้ จะให้ความสนใจอย่างมากกับกลไกที่เป็นที่รู้จักอยู่แล้วของการชุบแข็งเหล็กและการเสื่อมสภาพของโลหะผสมอะลูมิเนียม การผสมผสานของกลไกที่เป็นที่รู้จักเหล่านี้เข้ากับกระบวนการขึ้นรูป และความเป็นไปได้มากมายสำหรับการสร้างวัสดุที่รวมกัน ช่องทางที่มีแนวโน้มดีสองทางเปิดขึ้นโดยวัสดุคอมโพสิตที่เสริมด้วยเส้นใยหรือของแข็งที่กระจายตัว ประการแรก เส้นใยความแข็งแรงสูงที่บางที่สุดที่ทำจากแก้ว คาร์บอน โบรอน เบริลเลียม เหล็ก หรือผลึกเดี่ยวของมัสเกอร์ ถูกนำเข้าสู่โลหะอนินทรีย์หรือเมทริกซ์พอลิเมอร์อินทรีย์ ผลจากการรวมกันนี้ ความแข็งแรงสูงสุดรวมกับโมดูลัสความยืดหยุ่นสูงและความหนาแน่นต่ำ วัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุดังกล่าวในอนาคต

วัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุโครงสร้าง (โลหะหรืออโลหะ) ซึ่งมีองค์ประกอบเสริมแรงในรูปของเกลียว เส้นใย หรือสะเก็ดของวัสดุที่ทนทานกว่า ตัวอย่างของวัสดุคอมโพสิต: พลาสติกเสริมด้วยโบรอน คาร์บอน ใยแก้ว สายไฟหรือผ้า อลูมิเนียมเสริมด้วยเส้นใยเหล็กเบริลเลียม เมื่อรวมปริมาณของส่วนประกอบเข้าด้วยกัน เป็นไปได้ที่จะได้วัสดุคอมโพสิตที่มีค่าความแข็งแรง ทนความร้อน โมดูลัสความยืดหยุ่น ทนต่อการเสียดสี ตลอดจนสร้างองค์ประกอบที่มีแม่เหล็ก ไดอิเล็กตริก วิทยุดูดซับและที่จำเป็น คุณสมบัติพิเศษอื่นๆ

2. ประเภทของวัสดุผสม

2.1. วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะ

วัสดุคอมโพสิตหรือวัสดุผสมประกอบด้วยเมทริกซ์โลหะ (โดยปกติคือ Al, Mg, Ni และโลหะผสมของพวกมัน) เสริมด้วยเส้นใยความแข็งแรงสูง (วัสดุที่มีเส้นใย) หรืออนุภาควัสดุทนไฟที่กระจายอย่างประณีตซึ่งไม่ละลายในโลหะพื้นฐาน (วัสดุที่มีการกระจายตัวที่แข็งแกร่ง) . เมทริกซ์โลหะจับเส้นใย (อนุภาคที่กระจัดกระจาย) ให้เป็นชิ้นเดียว เส้นใย (อนุภาคที่กระจายตัว) บวกสารยึดเกาะ (เมทริกซ์) ที่ประกอบเป็นองค์ประกอบนี้หรือองค์ประกอบนั้นเรียกว่าวัสดุคอมโพสิต

2.2. วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ

วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะพบการใช้งานที่กว้างขวาง วัสดุโพลีเมอร์ คาร์บอน และเซรามิกใช้เป็นเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ เมทริกซ์โพลีเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ อีพอกซี ฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ และโพลิเอไมด์
เมทริกซ์คาร์บอน cok หรือ pyrocarbon ที่ได้จากโพลีเมอร์สังเคราะห์ภายใต้ไพโรไลซิส เมทริกซ์จับองค์ประกอบ ทำให้เกิดรูปแบบ สารเสริมความแข็งแกร่งคือเส้นใย: แก้ว คาร์บอน โบรอน อินทรีย์ ที่มีหนวดเครา (ออกไซด์ คาร์ไบด์ บอไรด์ ไนไตรด์ และอื่นๆ) เช่นเดียวกับโลหะ (ลวด) ซึ่งมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งสูง

คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของส่วนประกอบ การรวมกัน อัตราส่วนเชิงปริมาณ และความแข็งแรงพันธะระหว่างกัน
วัสดุเสริมแรงสามารถอยู่ในรูปแบบของเส้นใย, เชือก, เกลียว, เทป, ผ้าหลายชั้น

เนื้อหาของตัวชุบแข็งในวัสดุที่เน้นคือ 60-80 vol. % ใน non-Oriented (มีเส้นใยแยกและหนวดเครา) - 20-30 vol. %. ยิ่งมีความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเส้นใยสูงเท่าใด วัสดุผสมก็จะยิ่งมีความแข็งแรงและความแข็งมากขึ้นเท่านั้น คุณสมบัติของเมทริกซ์กำหนดความแข็งแรงขององค์ประกอบในด้านแรงเฉือนและแรงอัด และความต้านทานต่อความล้มเหลวเมื่อยล้า

ตามประเภทของสารชุบแข็ง วัสดุคอมโพสิตจะจำแนกเป็นเส้นใยแก้ว เส้นใยคาร์บอนที่มีเส้นใยคาร์บอน เส้นใยโบรอน และเส้นใยออร์กาโน

ในวัสดุลามิเนต เส้นใย ด้าย เทปที่ชุบด้วยสารยึดเกาะจะวางขนานกันในระนาบการวาง ชั้นแบนประกอบเป็นแผ่น คุณสมบัติเป็นแบบแอนไอโซทรอปิก สำหรับงานของวัสดุในผลิตภัณฑ์ ควรพิจารณาทิศทางของการรับน้ำหนักด้วย คุณสามารถสร้างวัสดุที่มีทั้งคุณสมบัติไอโซโทรปิกและแอนไอโซทรอปิก
คุณสามารถวางเส้นใยในมุมต่างๆ ได้ ซึ่งแตกต่างกันไปตามคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิต การดัดและการบิดงอของวัสดุขึ้นอยู่กับลำดับของการวางชั้นตามความหนาของบรรจุภัณฑ์

ใช้การวางองค์ประกอบเสริมแรงสามสี่เธรดขึ้นไป
โครงสร้างของเกลียวตั้งฉากสามเส้นมีการใช้งานมากที่สุด สารชุบแข็งสามารถอยู่ในทิศทางตามแนวแกน แนวรัศมี และเส้นรอบวง

วัสดุสามมิติสามารถมีความหนาในรูปแบบของบล็อก, กระบอกสูบ ผ้าที่เทอะทะเพิ่มความต้านทานการฉีกขาดและความต้านทานแรงเฉือนเมื่อเปรียบเทียบกับผ้าที่มีชั้น ระบบสี่เกลียวถูกสร้างขึ้นโดยการขยายสารเสริมแรงตามแนวทแยงของลูกบาศก์ โครงสร้างของเกลียวทั้งสี่มีความสมดุล เพิ่มความแข็งแกร่งของแรงเฉือนในระนาบหลัก
อย่างไรก็ตาม การสร้างวัสดุสี่ทิศทางนั้นยากกว่าวัสดุสามทิศทาง

3. การจำแนกประเภทของวัสดุผสม

3.1. วัสดุผสมเส้นใย

บ่อยครั้งที่วัสดุคอมโพสิตเป็นโครงสร้างเป็นชั้นซึ่งแต่ละชั้นเสริมด้วยเส้นใยต่อเนื่องแบบขนานจำนวนมาก แต่ละชั้นสามารถเสริมความแข็งแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่องที่ทอเป็นผ้าได้ ซึ่งเป็นรูปทรงดั้งเดิม ซึ่งสอดคล้องกับความกว้างและความยาวจนถึงวัสดุสุดท้าย ไม่ใช่เรื่องแปลกที่เส้นใยจะทอเป็นโครงสร้างสามมิติ

วัสดุคอมโพสิตแตกต่างจากโลหะผสมทั่วไปในค่าความต้านทานแรงดึงและความทนทานที่สูงขึ้น (50–10%) โมดูลัสความยืดหยุ่น ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็ง และความไวต่อการแตกร้าวที่ต่ำกว่า การใช้วัสดุคอมโพสิตช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของโครงสร้างในขณะที่ลดการใช้โลหะ

ความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิต (เส้นใย) ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของเส้นใย เมทริกซ์ควรกระจายความเค้นระหว่างองค์ประกอบเสริมแรงเป็นหลัก ดังนั้นความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเส้นใยจะต้องมากกว่าความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเมทริกซ์อย่างมีนัยสำคัญ
เส้นใยเสริมแรงแบบแข็งจะรับรู้ความเค้นที่เกิดขึ้นในองค์ประกอบภายใต้การรับน้ำหนัก ให้ความแข็งแรงและความแข็งแกร่งในทิศทางของการวางแนวเส้นใย

เส้นใยโบรอนถูกนำมาใช้เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับอลูมิเนียม แมกนีเซียม และโลหะผสม เช่นเดียวกับเส้นใยจากสารประกอบทนไฟ (คาร์ไบด์ ไนไตรด์ บอไรด์ และออกไซด์) ซึ่งมีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสความยืดหยุ่น มักใช้ลวดเหล็กความแข็งแรงสูงเป็นเส้นใย

ลวดโมลิบดีนัม เส้นใยแซฟไฟร์ ซิลิกอนคาร์ไบด์และไททาเนียมบอไรด์ใช้เพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับไททาเนียมและโลหะผสม

ความต้านทานความร้อนที่เพิ่มขึ้นของโลหะผสมนิกเกิลทำได้โดยการเสริมแรงด้วยลวดทังสเตนหรือโมลิบดีนัม เส้นใยโลหะยังใช้ในกรณีที่จำเป็นต้องมีการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง สารเพิ่มความแข็งที่มีแนวโน้มสูงสำหรับวัสดุคอมโพสิตเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสสูง ได้แก่ หนวดที่ทำด้วยอะลูมิเนียมออกไซด์และไนไตรด์ ซิลิกอนคาร์ไบด์และไนไตรด์ คาร์ไบด์ เป็นต้น

วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากโลหะมีความแข็งแรงและทนความร้อนสูง ในขณะเดียวกันก็มีความเป็นพลาสติกต่ำ อย่างไรก็ตาม เส้นใยในวัสดุคอมโพสิตลดอัตราการแพร่กระจายของรอยแตกที่เริ่มต้นในเมทริกซ์ และการแตกหักแบบกะทันหันอย่างกะทันหันจะหายไปเกือบหมด ลักษณะเด่นของวัสดุคอมโพสิตแกนเดียวที่มีเส้นใยคือแอนไอโซโทรปีของสมบัติเชิงกลตลอดแนวเส้นใยและความไวต่ำต่อหัววัดความเค้น

แอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตที่มีเส้นใยถูกนำมาพิจารณาเมื่อออกแบบชิ้นส่วนเพื่อปรับคุณสมบัติให้เหมาะสมโดยการจับคู่สนามต้านทานกับสนามความเค้น

การเสริมแรงของอะลูมิเนียม แมกนีเซียม และไททาเนียมอัลลอยด์ด้วยเส้นใยทนไฟแบบต่อเนื่องของโบรอน ซิลิกอนคาร์ไบด์ ไททาเนียมโดโบไรด์ และอะลูมิเนียมออกไซด์ช่วยเพิ่มความต้านทานความร้อนได้อย่างมาก คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตคืออัตราการอ่อนตัวในเวลาที่ต่ำตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

ข้อเสียเปรียบหลักของวัสดุคอมโพสิตที่มีการเสริมแรงแบบหนึ่งและสองมิติคือความต้านทานต่ำต่อแรงเฉือนระหว่างแผ่นและแรงเฉือนตามขวาง วัสดุที่มีการเสริมแรงเชิงปริมาตรจะปราศจากสิ่งนี้

3.2. วัสดุคอมโพสิตเสริมความแข็งแกร่งในการกระจายตัว

เมทริกซ์เป็นองค์ประกอบหลักรับน้ำหนัก ซึ่งแตกต่างจากวัสดุคอมโพสิตที่มีเส้นใย และอนุภาคที่กระจายตัวจะชะลอการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ในนั้น
มีความแข็งแรงสูงด้วยขนาดอนุภาค 10-500 นาโนเมตร โดยมีระยะห่างเฉลี่ยระหว่าง 100-500 นาโนเมตรและการกระจายสม่ำเสมอในเมทริกซ์
ความแข็งแรงและความต้านทานความร้อนขึ้นอยู่กับปริมาณของเฟสการชุบแข็ง ไม่เชื่อฟังกฎของการเติม ปริมาณที่เหมาะสมที่สุดของระยะที่สองสำหรับโลหะชนิดต่างๆ ไม่เหมือนกัน แต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่เกิน 5-10 vol %.

การใช้สารประกอบทนไฟที่เสถียร (ออกไซด์ของทอเรียม แฮฟเนียม อิตเทรียม สารประกอบเชิงซ้อนของออกไซด์และโลหะแรร์เอิร์ธ) ที่ไม่ละลายในโลหะเมทริกซ์เป็นขั้นตอนเสริมความแข็งแรงช่วยให้คงความแข็งแรงของวัสดุได้สูงถึง 0.9-0.95 ต. ด้วยเหตุนี้วัสดุดังกล่าวจึงมักใช้เป็นวัสดุทนความร้อน วัสดุผสมที่เสริมความแข็งแกร่งในการกระจายตัวสามารถหาได้จากโลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่ที่ใช้ในงานวิศวกรรม

โลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดจากอลูมิเนียม - SAP (ผงอลูมิเนียมเผา)

ความหนาแน่นของวัสดุเหล่านี้เท่ากับความหนาแน่นของอะลูมิเนียม ซึ่งไม่ได้ด้อยกว่าในด้านความต้านทานการกัดกร่อน และยังสามารถใช้แทนไททาเนียมและเหล็กที่ทนต่อการกัดกร่อนได้เมื่อทำงานในช่วงอุณหภูมิ 250-500 °C ในแง่ของความแข็งแรงในระยะยาว พวกเขาจะเหนือกว่าโลหะผสมอลูมิเนียมดัด ความแข็งแรงในระยะยาวสำหรับโลหะผสม SAP-1 และ SAP-2 ที่ 500 °C คือ 45-55 MPa

โอกาสที่ยอดเยี่ยมสำหรับวัสดุที่มีการกระจายตัวของนิกเกิล
โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นกรด 2-3 vol. % ทอเรียมไดออกไซด์หรือแฮฟเนียมไดออกไซด์ เมทริกซ์ของโลหะผสมเหล่านี้มักจะเป็นสารละลายที่เป็นของแข็งของ Ni + 20% Cr, Ni + 15% Mo, Ni + 20% Cr และ Mo โลหะผสม VDU-1 (นิกเกิลชุบแข็งด้วยทอเรียมไดออกไซด์), VDU-2 (ชุบนิกเกิลด้วยแฮฟเนียมไดออกไซด์) และ VD-3 (เมทริกซ์ Ni + 20% Cr ชุบแข็งด้วยทอเรียมออกไซด์) ได้รับการนำไปใช้อย่างกว้างขวาง โลหะผสมเหล่านี้มีความต้านทานความร้อนสูง วัสดุคอมโพสิตที่เสริมความแข็งแกร่งในการกระจายตัว เช่นเดียวกับวัสดุที่มีเส้นใย สามารถทนต่อการอ่อนตัวด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและระยะเวลาการคงตัวที่อุณหภูมิที่กำหนด

3.3. ไฟเบอร์กลาส

ไฟเบอร์กลาสเป็นองค์ประกอบที่ประกอบด้วยเรซินสังเคราะห์ซึ่งเป็นสารยึดเกาะและฟิลเลอร์ใยแก้ว ในฐานะที่เป็นฟิลเลอร์จะใช้ใยแก้วแบบต่อเนื่องหรือแบบสั้น ความแข็งแรงของใยแก้วเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วโดยมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางลดลง (เนื่องจากอิทธิพลของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันและรอยแตกที่เกิดขึ้นในส่วนที่หนา) คุณสมบัติของไฟเบอร์กลาสยังขึ้นอยู่กับเนื้อหาของอัลคาไลในองค์ประกอบ ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของแก้วปราศจากด่างขององค์ประกอบอลูมิโนโบโรซิลิเกต

ใยแก้วที่ไม่เน้นมีเส้นใยสั้นเป็นสารตัวเติม ช่วยให้คุณสามารถกดชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อนได้โดยใช้อุปกรณ์โลหะ วัสดุได้มาจากคุณลักษณะความแข็งแรงของไอโซโทปที่สูงกว่าผงอัดและเส้นใยมาก ตัวแทนของวัสดุดังกล่าว ได้แก่ เส้นใยแก้ว AG-4V เช่นเดียวกับ DSV (เส้นใยแก้วแบบมิเตอร์) ซึ่งใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนไฟฟ้ากำลัง, ชิ้นส่วนทางวิศวกรรมเครื่องกล (หลอด, ซีลปั๊ม ฯลฯ ) เมื่อใช้โพลีเอสเตอร์ที่ไม่อิ่มตัวเป็นสารยึดเกาะ จะได้รับ PSK พรีมิกซ์ (แป้งเปียก) และพรีพรีก AP และ PPM (อิงจากแผ่นรองแก้ว) Prepregs สามารถใช้กับผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างเรียบง่าย (ตัวรถ เรือ กล่องเครื่องมือ ฯลฯ)

ใยแก้วที่มุ่งเน้นมีสารตัวเติมในรูปของเส้นใยยาวจัดเรียงเป็นเส้นแยกตามทิศทางและติดกาวอย่างระมัดระวังพร้อมกับสารยึดเกาะ ทำให้ไฟเบอร์กลาสมีความแข็งแรงสูง

ไฟเบอร์กลาสสามารถทำงานที่อุณหภูมิตั้งแต่ -60 ถึง 200 ° C เช่นเดียวกับในสภาพอากาศร้อนชื้น ทนต่อแรงเฉื่อยมากเกินไป
เมื่ออายุครบ 2 ปี ค่าสัมประสิทธิ์การเสื่อมสภาพ K = 0.5-0.7
รังสีไอออไนซ์มีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้า ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงสูงพร้อมข้อต่อและเกลียว

3.4. เส้นใยคาร์บอน

เส้นใยคาร์บอน (พลาสติกคาร์บอน) เป็นองค์ประกอบที่ประกอบด้วยสารยึดเกาะโพลีเมอร์ (เมทริกซ์) และสารเสริมแรงในรูปของเส้นใยคาร์บอน (เส้นใยคาร์บอน)

พลังงานพันธะ C-C ของเส้นใยคาร์บอนสูงช่วยให้สามารถรักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงมาก (ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางและลดลงได้ถึง 2200 ° C) รวมทั้งที่อุณหภูมิต่ำ เส้นใยได้รับการปกป้องจากการเกิดออกซิเดชันโดยการเคลือบป้องกัน (ไพโรไลติก) เส้นใยคาร์บอนไม่เหมือนกับใยแก้วตรงที่สารยึดเกาะทำให้เปียกได้ไม่ดี
(พลังงานพื้นผิวต่ำ) จึงมีการสลัก สิ่งนี้จะเพิ่มระดับของการกระตุ้นเส้นใยคาร์บอนโดยเนื้อหาของกลุ่มคาร์บอกซิลบนพื้นผิว แรงเฉือนระหว่างชั้นของคาร์บอนไฟเบอร์เพิ่มขึ้น 1.6-2.5 เท่า การใช้ผลึกหนวดเครา TiO, AlN และ SiN ช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของ interlayer ได้ 2 เท่าและแข็งแรงขึ้น 2.8 เท่า ใช้โครงสร้างเสริมเชิงพื้นที่

สารยึดเกาะเป็นโพลีเมอร์สังเคราะห์ (เส้นใยพอลิเมอร์คาร์บอน) โพลีเมอร์สังเคราะห์ภายใต้ไพโรไลซิส (เส้นใยคาร์บอนโค้ก); คาร์บอนไพโรไลติก (เส้นใยคาร์บอนไพโรคาร์บอน)

เส้นใยคาร์บอนอีพ็อกซี่ฟีนอล KMU-1l เสริมด้วยเทปคาร์บอน และ KMU-1u บนสายพ่วงที่เคลือบด้วยคริสตัลมัสสุ สามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงถึง 200 °C

คาร์โบไฟเบอร์ KMU-3 และ KMU-2l ได้มาจากสารยึดเกาะอีพอกซีอะนิลิโน - ฟอร์มาลดีไฮด์ซึ่งสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 100 ° C ซึ่งเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงที่สุด เส้นใยคาร์บอน KMU-2 และ
KMU-2l ที่ใช้สารยึดเกาะ polyimide สามารถใช้ได้ที่อุณหภูมิสูงถึง
300 องศาเซลเซียส

เส้นใยคาร์บอนมีความโดดเด่นด้วยความต้านทานความล้าแบบสถิตและไดนามิกสูง โดยคงคุณสมบัตินี้ไว้ที่อุณหภูมิปกติและต่ำมาก (ค่าการนำความร้อนสูงของเส้นใยจะป้องกันความร้อนในตัวของวัสดุเนื่องจากแรงเสียดทานภายใน) ทนทานต่อน้ำและสารเคมี หลังจากได้รับรังสีเอกซ์ในอากาศแล้ว E และ E แทบไม่เปลี่ยนแปลง

ค่าการนำความร้อนของคาร์บอนไฟเบอร์สูงกว่าค่าการนำความร้อนของไฟเบอร์กลาส 1.5-2 เท่า มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าดังนี้ = 0.0024-0.0034 Ohm cm (ตามแนวเส้นใย); ? \u003d 10 และ tg \u003d 0.001 (ที่ความถี่ปัจจุบัน 10 Hz)

เส้นใยคาร์โบกลาสประกอบด้วยเส้นใยแก้วคาร์บอนซึ่งช่วยลดต้นทุนของวัสดุ

3.5. คาร์บอนไฟเบอร์ที่มีคาร์บอนเมทริกซ์

วัสดุโค้กได้มาจากเส้นใยพอลิเมอร์คาร์บอนแบบธรรมดาที่ผ่านการไพโรไลซิสในบรรยากาศเฉื่อยหรือลดบรรยากาศ ที่อุณหภูมิ 800-1500 °C คาร์บอนไนซ์จะเกิดขึ้น ที่ 2500-3000 °C เส้นใยคาร์บอนกราไฟท์จะเกิดขึ้น เพื่อให้ได้วัสดุที่เป็นไพโรคาร์บอน ตัวชุบแข็งจะถูกจัดวางตามรูปร่างของผลิตภัณฑ์ และวางไว้ในเตาอบที่ผ่านก๊าซไฮโดรคาร์บอน (มีเทน) ภายใต้ระบอบการปกครองบางอย่าง (อุณหภูมิ 1100 °C และความดันตกค้าง 2660 Pa) มีเทนสลายตัวและคาร์บอนไพโรไลติกที่เป็นผลลัพธ์จะถูกสะสมบนเส้นใยของสารเสริมแรง ผูกมัดพวกมัน

โค้กที่เกิดขึ้นระหว่างไพโรไลซิสของสารยึดเกาะมีความแข็งแรงสูงในการยึดเกาะกับเส้นใยคาร์บอน ในเรื่องนี้ วัสดุคอมโพสิตมีคุณสมบัติทางกลและการระเหยสูง ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน

คาร์บอนไฟเบอร์ที่มีคาร์บอนเมทริกซ์ของประเภท KUP-VM ในแง่ของความแข็งแรงและแรงกระแทกนั้นเหนือกว่ากราไฟต์พิเศษ 5-10 เท่า เมื่อถูกความร้อนในบรรยากาศเฉื่อยและสุญญากาศ จะคงความแข็งแรงไว้ได้ถึง 2200
°C ออกซิไดซ์ในอากาศที่ 450 °C และต้องมีการเคลือบป้องกัน
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของเส้นใยคาร์บอนหนึ่งเส้นที่มีเมทริกซ์คาร์บอนสูง (0.35-0.45) และการสึกหรอต่ำ (0.7-1 ไมครอนสำหรับการเบรก)

3.6. เส้นใยโบรอน

เส้นใยโบรอนเป็นองค์ประกอบของสารยึดเกาะโพลีเมอร์และสารเสริมแรง - เส้นใยโบรอน

เส้นใยโบรอนมีความโดดเด่นด้วยแรงอัดสูง แรงเฉือน แรงเฉือนต่ำ ความแข็งสูงและโมดูลัสความยืดหยุ่น การนำความร้อนและไฟฟ้า โครงสร้างจุลภาคของเซลล์ของเส้นใยโบรอนให้แรงเฉือนสูงที่ส่วนต่อประสานกับเมทริกซ์

นอกจากเส้นใยโบรอนแบบต่อเนื่องแล้ว ยังใช้กลาไซต์โบรอนที่ซับซ้อน ซึ่งเส้นใยโบรอนขนานกันหลายเส้นถูกถักด้วยใยแก้ว ซึ่งทำให้มิติมีเสถียรภาพ การใช้เส้นใยแก้วโบรอนช่วยให้กระบวนการผลิตวัสดุง่ายขึ้น

สารยึดเกาะอีพ็อกซี่และโพลิอิไมด์ดัดแปลงถูกใช้เป็นเมทริกซ์เพื่อให้ได้เส้นใยโบรอน เส้นใยโบรอน KMB-1 และ
KMB-1k ได้รับการออกแบบสำหรับการทำงานระยะยาวที่อุณหภูมิ 200 °C; KMB-3 และ KMB-3k ไม่ต้องการแรงดันสูงระหว่างการประมวลผล และสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิไม่เกิน 100 °C KMB-2k ทำงานที่อุณหภูมิ 300 °C

เส้นใยโบรอนมีความทนทานต่อการล้าสูง ทนทานต่อการแผ่รังสี น้ำ ตัวทำละลายอินทรีย์ เชื้อเพลิง และสารหล่อลื่น

3.7. เส้นใยอินทรีย์

เส้นใยอินทรีย์เป็นวัสดุคอมโพสิตที่ประกอบด้วยสารยึดเกาะโพลีเมอร์และสารเสริมแรง (ฟิลเลอร์) ในรูปของเส้นใยสังเคราะห์ วัสดุดังกล่าวมีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งจำเพาะค่อนข้างสูงและมีเสถียรภาพภายใต้การกระทำของโหลดแบบสลับกันและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว สำหรับเส้นใยสังเคราะห์ การสูญเสียความแข็งแรงระหว่างกระบวนการผลิตสิ่งทอมีน้อย มีความไวต่อความเสียหายน้อยกว่า

สำหรับเส้นใยอวัยวะ ค่าของโมดูลัสความยืดหยุ่นและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นของสารชุบแข็งและสารยึดเกาะจะใกล้เคียงกัน
มีการแพร่กระจายของส่วนประกอบของสารยึดเกาะไปยังเส้นใยและปฏิกิริยาเคมีระหว่างกัน โครงสร้างของวัสดุไม่มีข้อบกพร่อง ความพรุนไม่เกิน 1-3% (ในวัสดุอื่น 10-20%) ดังนั้นความเสถียรของคุณสมบัติทางกลของเส้นใยออร์แกนิกที่มีอุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว การกระทำของแรงกระแทกและโหลดแบบวนรอบ แรงกระแทกสูง (400-700kJ/m²) ข้อเสียของวัสดุเหล่านี้คือกำลังรับแรงอัดที่ค่อนข้างต่ำและการคืบสูง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเส้นใยยืดหยุ่น)

เส้นใยอินทรีย์มีความเสถียรในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและในสภาพอากาศเขตร้อนชื้น คุณสมบัติของไดอิเล็กตริกสูงและค่าการนำความร้อนต่ำ Organofibers ส่วนใหญ่สามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิ 100-150 °C และใช้สารยึดเกาะ polyimide และเส้นใย polyoxadiazole ที่อุณหภูมิ 200-300 °C

ในวัสดุที่ผสมผสานกัน ร่วมกับเส้นใยสังเคราะห์ เส้นใยแร่ถูกนำมาใช้ (แก้ว เส้นใยคาร์บอน และเส้นใยโบรอน) วัสดุดังกล่าวมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งมากกว่า

4. ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของการใช้วัสดุคอมโพสิต

ไม่จำกัดขอบเขตการใช้วัสดุคอมโพสิต ใช้ในการบินสำหรับชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักมากของเครื่องบิน (ผิวหนัง เสา ซี่โครง แผง ฯลฯ) และเครื่องยนต์ (ใบพัดคอมเพรสเซอร์และเทอร์ไบน์ ฯลฯ) ในเทคโนโลยีอวกาศสำหรับหน่วยโครงสร้างรับน้ำหนักของยานพาหนะที่ต้องได้รับความร้อน , สำหรับส่วนประกอบที่ทำให้แข็ง, แผง , ในอุตสาหกรรมยานยนต์เพื่อทำให้ตัวถัง สปริง, เฟรม, แผงตัวถัง, กันชน ฯลฯ ในอุตสาหกรรมยานยนต์เบาลง ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ (เครื่องมือเจาะ ชิ้นส่วนรถเกี่ยวข้าว ฯลฯ) ในงานวิศวกรรมโยธา (ช่วงสะพาน, องค์ประกอบของโครงสร้างสำเร็จรูปของอาคารสูง ฯลฯ ) เป็นต้น) และในด้านอื่น ๆ ของเศรษฐกิจของประเทศ

การใช้วัสดุคอมโพสิตทำให้เกิดการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพใหม่ในการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ กำลังและการติดตั้งระบบขนส่ง การลดน้ำหนักของเครื่องจักรและอุปกรณ์

เทคโนโลยีในการรับผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปและผลิตภัณฑ์จากวัสดุคอมโพสิตได้รับการพัฒนาอย่างดี

วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ ได้แก่ เส้นใยโพลีเมอร์คาร์บอนใช้ในอุตสาหกรรมการต่อเรือและยานยนต์ (ตัวถังรถยนต์ แชสซี ใบพัด) แบริ่ง, แผงทำความร้อน, อุปกรณ์กีฬา, ชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์ทำจากพวกเขา เส้นใยคาร์บอนโมดูลัสสูงใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน อุปกรณ์สำหรับอุตสาหกรรมเคมี ในอุปกรณ์เอ็กซ์เรย์ และอื่นๆ

คาร์บอนไฟเบอร์คาร์บอนเมทริกซ์แทนที่กราไฟท์ประเภทต่างๆ ใช้สำหรับป้องกันความร้อน จานเบรกเครื่องบิน อุปกรณ์ทนสารเคมี

ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเส้นใยโบรอนใช้ในเทคโนโลยีการบินและอวกาศ (โปรไฟล์ แผง ใบพัดและใบพัดคอมเพรสเซอร์ ใบพัด และเพลาส่งกำลังของเฮลิคอปเตอร์ ฯลฯ)

Organofibers ถูกใช้เป็นวัสดุโครงสร้างที่เป็นฉนวนในอุตสาหกรรมไฟฟ้าและวิทยุ เทคโนโลยีการบิน และวิศวกรรมยานยนต์ ท่อ, ภาชนะสำหรับรีเอเจนต์, สารเคลือบตัวเรือและอื่น ๆ ทำจากสิ่งเหล่านี้

สามารถดูประกาศซื้อขายอุปกรณ์ได้ที่

คุณสามารถพูดคุยเกี่ยวกับข้อดีของเกรดโพลีเมอร์และคุณสมบัติของเกรดได้ที่

ลงทะเบียนบริษัทของคุณในสารบบธุรกิจ