| |
Комбинируя содержание компонентов и их расположение в объёме, можно создавать К.
м. с требуемыми механическими (в том числе фрикционными и антифрикционными).
электрическими, магнитными, ядерными, химическими, оптическими, теплозащитными
и другими свойствами.
Из всех видов К. м. наибольшее распространение получили волокнистые К. м.
радиотехнического, теплозащитного и особенно конструкционного назначения. При
создании волокнистых К. м. применяются непрерывные и дискретные волокна,
нитевидные кристаллы различных веществ и соединений (оксидов, карбидов, боридов,
нитридов и др.): стеклянные, кварцевые, асбестовые, углеродные, борные,
органические, а также металлические проволоки, отличающиеся высокими значениями
прочности и модуля упругости. Армирующие наполнители используются в виде
моноволокна и жгутов, нитей, тканей, проволоки, сетки, бумаг и других
волокнистых материалов. Прочностные и деформативные характеристики волокнистых
К. м. определяются свойствами упрочняющих волокон, их размерами, ориентацией и
содержанием в материале. Свойствами матрицы определяются характеристики К. м. в
направлениях, отличных от ориентации волокон, характер изменения свойств К. м.
при воздействии температуры, атмосферных и других факторов, режимы получения и
переработки К. м. в изделия.
Соотношение между компонентами в К. м. выбирается в зависимости от природы
наполнителя и матрицы, структуры и назначения материала. Монолитность К. м.
определяется взаимным соответствием компонентов (прочность, удлинение,
коэффициент линейного расширения, термодинамическая совместимость и т. д.) и
прочностью сцепления между ними, которая зависит от адгезии и полноты контакта
фаз на границе раздела волокно — матрица. В целях повышения прочности сцепления
по границе раздела и термической стабильности К. м. армирующий наполнитель
подвергают физико-химической обработке (аппретирование, травление,
активирование) или наносят разделительные покрытия (металлические,
пироуглеродные, оксидные, карбидные и т. п.). Многие свойства К. м. могут быть
рассчитаны по характеристикам компонентов, их соотношению и расположению в
объёме материала с использованием теории механики составных сред.
Волокнистая форма наполнителя и различие в прочностных, деформативных и
физических характеристиках волокон и матриц определяют существенную анизотропию
свойств К. м. Наибольшая степени анизотропии присуща К. м. с параллельным
(однонаправленным) расположением волокон. У таких материалов прочностные и
упругие характеристики в направлении ориентации волокон могут на 1—2 порядка
отличаться от аналогичных характеристик в поперечном направлении. Регулирование
степени анизотропии и свойств К. м. достигается перекрёстным расположением
армирующих слоев, созданием структуры с пространственной схемой армирования.
Расширение диапазона регулирования свойств К. м. обеспечивается созданием
гибридных К. м., содержащих волокна разной природы (например, углеродные и
стеклянные), введением в межволоконное пространство нитевидных кристаллов и
фольги между слоями волокон.
Уровень рабочих температур К. м. определяется в первую очередь природой матрицы,
термостойкостью и термостабильностью её и границы раздела. В промышленности
наибольшее распространение получили полимерные К. м. на основе модифицированных,
эпоксидных, фенольных, имидных и кремнийорганических связующих в сочетании со
стеклянными, углеродными и органическими волокнами (рабочие температуры
150—400{{°}}С) и металлические К. м. с матрицами на основе алюминиевых,
магниевых, титановых и никелевых сплавов с борными, углеродными волокнами,
стальной, вольфрамовой проволоками (рабочие температуры 300—1200{{°}}С).
Рабочие температуры дисперсноупрочненных никелевых сплавов достигают 1300{{°}}С,
а К. м. на основе карбидов, нитридов, а также углерод-углеродных К. м., в
которых углеродные волокна связаны коксом и пироуглеродом, — 1500—2200{{°}}С.
К. м. по комплексу характеристик (удельная прочность, удельный модуль упругости,
усталостная и длительная прочность, деформационная теплостойкость,
демпфирующая способность) превосходят традиционные конструкционные материалы.
Полимерные К. м. наряду с конструкционными свойствами обладают рядом
специальных свойств — радиотехнических, теплозащитных, электротехнических,
фрикционных и т. п.
При изготовлении деталей из К. м. материал и изделие формуются одновременно,
при этом изделию сразу придают заданные геометрические размеры. Природа матрицы
и тип армирующего наполнителя, конструкция и размеры деталей определяют выбор
метода переработки К. м. в изделие, обеспечивающие совмещение волокон и матрицы,
ориентацию волокон, уплотнение материала и его отвердевание. Технология
изготовления деталей из волокнистых К. м. включает следующие основные операции:
подготовка армирующего наполнителя, совмещение наполнителя с матрицей
(получение полуфабрикатов — препрегов), сборка и ориентация слоев наполнителя
по форме детали, уплотнение и термообработка, механическая обработка.
Подготовка армирующего наполнителя включает операции, направленные на
подготовку поверхности волокон к совмещению и последующему взаимодействию с
матрицами. Среди них: аппретирование и подшлихтовка — нанесение на поверхность
минеральных и металлических волокон кремнийорганических и других соединений,
обеспечивающее их гидрофобность и химическое взаимодействие с полимерной
матрицей; активирование поверхности — обработка борных, углеродных и
металлических волокон в жидких и газообразных окислителях, приводящая к
окислению и стравливанию поверхностного слоя.
Совмещение армирующего наполнителя с матрицей производится в зависимости от
природы матрицы различными способами: нанесением раствора или расплава при
прохождении волокна через жидкое связующее, плазменным напылением, пропиткой
под вакуумом или давлением, дублированием с фольгой или плёнкой (матрицей) при
|
|