Композиционные материалы
Изобретени портландцемента часто приписывают английскому каменщику Д. Аспдину, который в 1824 г. получил патент на изготовление вяжущего вещества обжигом смеси извести с глиной. За сходство по цвету с естественным камнем из каменоломен под г. Портлэнд в Англии он назвал это вяжущее портландцементом. В то же время в России военный техник Е. Г. Челиев в 18 171 825 гг. изготовлял цемент из смесей… Читать ещё >
Содержание
- 1. Общие сведения о композиционных материалов
- 2. Маркировка сталей
- 3. Материалы на основе вяжущих веществ (исскуственные строительные камни)
- Литература
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Композиционные материалы это конструкционные материалы сложного состава, образующиеся путем объемного сочетания разнородных компонентов (фаз) с границей раздела между ними. Компонент, непрерывный в объеме композиционного материала, называется матрицей (связующим) (рис. 1), другие компоненты (арматура, наполнители и т. д.) распределены в матрице. На границе матрицы и других компонентов материала располагаются тонкие переходные слои, соответствующие зоне раздела фаз.
Композиционные материалы классифицируют по основным признакам: типу матрицы, виду армирующего элемента, особенностям макростроения и методам получения.
По типу материала матрицы различают полимерные композиты (термопласты и реактопласты, смеси); металлические (в том числе материалы,
Рис. 1 Схема композиционного материала: 1 матрица, 2 армирующие элементы, 3 зона раздела фаз.
Получаемые методами порошковой металлургии, и сплавы, состоящие из макронеоднородных фаз); неорганические (неорганические полимеры, минералы, углерод, керамика) и комбинированные (полиматричные).
Матрица придает изделию из композита заданную форму и монолитность, обеспечивая передачу и перераспределение нагрузки по объему материала, защищает армирующие элементы от внешних воздействий. Тип матрицы непосредственно определяет термическую и коррозионную стойкость, электрические и теплозащитные свойства, старение, технологию изготовления и другие важнейшие характеристики композиционного материала и изделий из него.
По виду армирующих элементов (наполнителей) композиты классифицируют в зависимости от геометрических размеров и порядка их расположения в матрице, целей армирования. Армирующие элементы (наполнители) вводят в композиционный материал с целью изменения его свойств: увеличения прочности, жесткости и пластичности; изменения плотности, электрических, теплофизических и других характеристик в различных направлениях и отдельных местах изделия. Важнейшими являются деформационно-прочностные характеристики конструкционных материалов. По этому признаку для удобства дальнейшего рассмотрения целесообразно различать собственно наполнители и армирующие элементы. Наполнители это преимущественно дисперсные и коротковолокнистые вещества, введение которых позволяет достичь не более чем 1,5 … 2-кратного повышения прочности матрицы. Армирующие элементы (арматура) высокопрочные усы, волокна, ткани, которые при соответствующем содержании в композиции способствуют повышению прочности материала в 2−10 и более раз по сравнению с прочностью матрицы. В композиционном материале могут находиться и наполнители, и армирующие элементы.
Композиты могут содержать армирующие и наполняющие компоненты различных размерностей. Все размеры нульмерных наполнителей намного меньше характерного размера образца композиционного материала; у одномерных наполнителей (армирующих элементов) один из их размеров соизмерим с характерным размером; по меньшей мере два размера двухмерного армирующего элемента соизмеримы с характерными размерами образца композита. К нульмерным наполнителям относят дисперсные (преимущественно порошковые) наполнители (сажа, песок, мелкодисперсные металлы, фосфаты, стеклянные и кремнеземные микросферы и т. д.); к одномернымволокнистые наполнители и армирующие элементы:
Рис. 2 Простейшие случаи хаотического (а-г, и), одноосно- (д-е) и сложно ориентированного (к-м) расположения армирующих элементов и наполнителей в матрице композиционного материала: а порошка; б коротких волокон; в чешуек; г смеси порошка с короткими волокнами; д коротких волокон; е длинных волокон; ж тканей или фольги; и длинных волокон.
природные коротковолокнистые (асбест), растительные (сизаль, джут), высокомодульные нитевидные кристаллы (оксид и нитрид алюминия, оксид бериллия, карбид бора, нитрид кремния), длинномерные стеклянные, углеродные, базальтовые, борные керамические, металлические, низко- и высокомодульные органические волокна. К двухмерным относят ленточные, тканевые (состоящие из любых видов волокон и их сочетаний), сеточные и другие армирующие элементы.
Рис. 3 Схемы армирования композиционного материала одномерными (волокнистыми) элементами: а одноосное; б двуосное; в — трехосное
Вклад наполнителей (арматуры) в комплекс свойств композитов бывает настолько существенным, что последние нередко называют по виду наполнителя: графитопласты, стекловолокниты, органо-, угле-и боропластики и т. д.
По макростроению композиционные материалы различают в соответствии с геометическими параметрами относительно расположения компонентов. В матрице армирующие элементы могут быть расположены хаотически, но чаще их стараются разместить в определенном порядке (рис.2). Возможности количественного сочетания и объемного расположения нульмерных, одномерных и двухмерных армирующих элементов весьма широки.
Композиционные материалы, имеющие одинаковые свойства во всех направлениях, называют изотропными. К ним относят хаотически наполненные порошками, короткими волокнами и чешуйками композиты. Материалы, свойства которых неодинаковы по различным направлениям, называют анизотропными. Это композиты с армирующими элементами в виде непрерывных волокон, пластин, тканей, сеток. Иногда в микрообъемах (в зоне армирующих элементов) наблюдается анизотропия свойств композита, а в целом их изотропия. Такие материалы называют квазиизотропными.
При моделировании технологии изготовления и выборе схемы прочностного расчета высокопрочные композиционные материалы делят на три группы: с одноосным, двухосным (плоскостным) и трехосным (объемным) армированием (рис. 3).
Все чаще находят применение комбинированные композиционные материалы (рис. 4): полиармированные (содержащие два и более различных по составу и природе армирующих элемента), полиматричные (имеющие две или более матрицы) и т. д.
Гибридные (полиматричные и полиармированные) композиты-конструкции изготовляют одновременно с изделием. При этом соответствующий компонент (матрица или армирующий элемент) вводят заданное место конструкции, где наиболее полно используются его положительные качества при оптимальной технологии и минимальных материальных затратах.
Список литературы
- Елизаров Ю.Д., Шепелев А. Ф. Материаловедение для экономистов. Ростов — на Дону: Феник, 2002.
- Арзамасов Б.Н., Крашенинников А. И., Пастухова Ж. П., Научные основы материаловедения М: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1994.
- Лахитин Ю.М., Леоньтьев В. П., Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990.
- Комар А. Г., Строительные материалы и изделия. — М.: Высшая школа, 1999.