Verbundwerkstoff

Verbundwerkstoff (Verbundwerkstoff, KM) – ein künstlich erzeugtes heterogenes kontinuierliches Material, das aus zwei oder mehr Komponenten mit einer klaren Grenzfläche zwischen ihnen besteht. Bei den meisten Verbundwerkstoffen (mit Ausnahme von Laminaten) können die Komponenten in eine Matrix und die darin enthaltenen Verstärkungselemente unterteilt werden. Bei Verbundwerkstoffen für Tragwerkszwecke sorgen in der Regel Verstärkungselemente für die erforderliche Lösung mechanische Eigenschaften Material (Festigkeit, Steifigkeit usw.) und die Matrix (oder das Bindemittel) liefert zusammen arbeiten Elemente verstärken und vor ihnen schützen mechanischer Schaden und aggressiver chemischer Umgebung.

Das mechanische Verhalten der Zusammensetzung wird durch die Beziehung zwischen den Eigenschaften der Verstärkungselemente und der Matrix sowie der Stärke der Bindung zwischen ihnen bestimmt. Die Wirksamkeit und Leistung des Materials hängt davon ab die richtige Entscheidung die Originalkomponenten und die Technologie ihrer Kombination, die darauf ausgelegt sind, eine starke Verbindung zwischen den Komponenten zu gewährleisten und gleichzeitig ihre ursprünglichen Eigenschaften beizubehalten.

Durch die Kombination von Verstärkungselementen und der Matrix entsteht ein Komplex von Eigenschaften der Zusammensetzung, die nicht nur reflektieren anfängliche Merkmale seine Komponenten, aber auch Eigenschaften, die einzelne Komponenten nicht besitzen. Insbesondere das Vorhandensein von Grenzflächen zwischen den Verstärkungselementen und der Matrix erhöht die Rissbeständigkeit des Materials deutlich, und in Zusammensetzungen führt eine Erhöhung der statischen Festigkeit im Gegensatz zu homogenen Metallen nicht zu einer Abnahme, sondern in der Regel zu eine Erhöhung der Bruchzähigkeitseigenschaften.

Zur Herstellung der Zusammensetzung werden verschiedene verstärkende Füllstoffe und Matrizen verwendet. Dies sind Getinax und Textolite (laminierte Kunststoffe aus Papier oder Stoff, die mit duroplastischem Kleber verklebt sind), Glas- und Graphitkunststoffe (Gewebe oder gewickelte Fasern aus Glas oder Graphit, imprägniert). Epoxidklebstoffe), Sperrholz... Es gibt Materialien, bei denen dünne Fasern aus hochfesten Legierungen mit Aluminiummasse gefüllt sind. Bulat ist einer der ältesten Verbundwerkstoffe. Darin werden dünne Schichten (manchmal Fäden) aus kohlenstoffreichem Stahl mit weichem kohlenstoffarmen Eisen „zusammengeklebt“.

IN In letzter Zeit Materialwissenschaftler experimentieren mit dem Ziel, die Herstellung einfacher und damit effizienter zu gestalten billige Materialien. Es werden selbstwachsende kristalline Strukturen untersucht, die zu einer einzigen Masse verklebt sind Polymerkleber(Zemente mit Zusätzen wasserlöslicher Klebstoffe), thermoplastische Zusammensetzungen mit kurzen Verstärkungsfasern usw.

Klassifizierung von Verbundwerkstoffen

Verbundwerkstoffe werden üblicherweise nach der Art des verstärkenden Füllstoffs klassifiziert:

• faserig (verstärkende Komponente – faserige Strukturen);
• geschichtet;
• gefüllte Kunststoffe (Verstärkungskomponente - Partikel)
  • Masse (homogen),
  • Skelett (ursprüngliche Strukturen, die mit einem Bindemittel gefüllt sind).

Vorteile von Verbundwerkstoffen

Der Hauptvorteil von CM besteht darin, dass Material und Struktur gleichzeitig erzeugt werden. Eine Ausnahme bilden Prepregs, bei denen es sich um Halbzeuge zur Herstellung von Strukturen handelt. Es lohnt sich sofort festzulegen, dass CMs für die Erfüllung dieser Aufgaben geschaffen werden und dementsprechend nicht alle möglichen Vorteile enthalten können. Beim Entwurf eines neuen Verbundwerkstoffs steht es dem Ingenieur jedoch frei, ihm Eigenschaften zu verleihen, die den Eigenschaften herkömmlicher Materialien bei der Erfüllung von a deutlich überlegen sind In einem bestimmten Mechanismus erfüllen sie zwar einen bestimmten Zweck, sind ihnen aber in allen anderen Aspekten unterlegen. Das bedeutet, dass CM nicht in allem besser sein kann als herkömmliches Material, das heißt, für jedes Produkt führt der Ingenieur alles aus notwendigen Berechnungen und wählt erst dann das Optimum zwischen den Materialien für die Produktion aus.

• hohe spezifische Festigkeit (Festigkeit 3500 MPa)
• hohe Steifigkeit (E-Modul 130…140 – 240 GPa)
• hohe Verschleißfestigkeit
• hohe Dauerfestigkeit
• Aus CM lassen sich formstabile Strukturen herstellen
• Leichtigkeit

Darüber hinaus können verschiedene Klassen von Verbundwerkstoffen einen oder mehrere Vorteile haben. Einige Vorteile können nicht gleichzeitig erreicht werden.

Nachteile von Verbundwerkstoffen

Kompositmaterialien genug haben große Menge Nachteile, die ihre Verbreitung behindern.

Hoher Preis

Die hohen Kosten von CM sind auf die hohe Wissensintensität der Produktion, die Notwendigkeit, spezielle teure Geräte und Rohstoffe zu verwenden, zurückzuführen und daher entwickelt industrielle Produktion und die wissenschaftliche Basis des Landes.

Anisotropie der Eigenschaften

Geringe Schlagfestigkeit

Hohes spezifisches Volumen

Hygroskopizität

CM kann auch andere Flüssigkeiten mit hoher Penetrationsfähigkeit absorbieren, beispielsweise Flugkerosin.

Toxizität

Während des Betriebs können CMs häufig giftige Dämpfe abgeben. Wenn CM zur Herstellung von Produkten verwendet wird, die sich in unmittelbarer Nähe von Menschen befinden (der Verbundrumpf des Boeing 787 Dreamliner könnte als solches Beispiel dienen), sind zusätzliche Untersuchungen zu den Auswirkungen von CM-Komponenten auf Menschen erforderlich, um die Materialien zu genehmigen Wird bei der Herstellung von CM verwendet.

Geringe betriebliche Effizienz

Verbundwerkstoffe haben eine geringe betriebliche Herstellbarkeit, geringe Wartbarkeit und Hohe Kosten Betrieb. Dies ist auf die Notwendigkeit zurückzuführen, spezielle arbeitsintensive Methoden anzuwenden. Spezialwerkzeug zur Modifikation und Reparatur von Objekten von CM. Objekte aus CM unterliegen oft überhaupt keiner Änderung oder Reparatur.

Einsatzgebiete

Konsumgüter

Charakteristisch

Die Technologie dient zur Bildung zusätzlicher Schutzschichten auf Oberflächen in Stahl-Gummi-Reibpaarungen. Durch den Einsatz von Technologie können Sie die Einschaltdauer von Dichtungen und Wellen erhöhen industrielle Ausrüstung Arbeiten in einer aquatischen Umgebung.

Verbundwerkstoffe bestehen aus mehreren funktionellen ausgezeichnete Materialien. Die Basis anorganische Materialien besteht aus mit verschiedenen Zusätzen modifizierten Magnesium-, Eisen- und Aluminiumsilikaten. Phasenübergänge in diesen Materialien treten bei relativ hohen lokalen Belastungen auf, nahe der Endfestigkeit des Metalls. Dabei bildet sich auf der Oberfläche im Bereich hoher lokaler Belastungen eine hochfeste Metallkeramikschicht, wodurch es möglich ist, die Struktur der Metalloberfläche zu verändern.

• Rüstungen für militärische Ausrüstung

Literatur

• Vasiliev V. V. Mechanik von Strukturen aus Verbundwerkstoffen. - M.: Maschinenbau, 1988. - 272 S.
• Karpinos D. M. Verbundwerkstoffe. Verzeichnis. - Kiew, Naukova Duma

siehe auch

Anmerkungen

Links

Wikimedia-Stiftung. 2010.

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was „Verbundmaterial“ ist:

VERBUNDMATERIAL Eine Zusammensetzung, die durch die Kombination von zwei oder mehr anderen Materialien wie Beton, Glasfaser oder Sperrholz entsteht. Typischerweise weist ein Verbundwerkstoff bessere Eigenschaften auf als diejenigen, aus denen er hergestellt ist. Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch

Verbundwerkstoff- Verbundstoff Ein Material mit heterogener Struktur, bestehend aus mehreren homogenen Materialien (Komponenten). [PB 03 576 03] Weitere Informationen im Internet: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2085.html Themen: Polymer und andere Materialien Synonyme... ... Leitfaden für technische Übersetzer

Verbundwerkstoff- 3.3 Verbundwerkstoff: Ein Werkstoff, der aktives Gummipulver als Basis sowie gezielte und funktionelle Zusätze enthält und zur Modifikation bestimmt ist Asphaltbetonmischungen. Quelle … Wörterbuch-Nachschlagewerk mit Begriffen der normativen und technischen Dokumentation

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Zusammengesetzte Website: Was ist das und warum wird sie benötigt?

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Was ist eine zusammengesetzte Site?

Wie funktioniert eine zusammengesetzte Site?

Wie führt man die Composite-Site-Technologie ein?

Führt den Leser in metallbasierte Verbundwerkstoffe und keramische Verbundwerkstoffe ein. Außerdem werden die Hauptanwendungen von Verbundwerkstoffen beschrieben.

• Organokunststoffe mit organischen Fasern natürlichen und künstlichen Ursprungs. Leichter als Glas und Kohlefaser. Sie haben eine hohe Schlagfestigkeit, aber eine geringe Zug-/Biegefestigkeit. Zu den Kunststoffen dieser Art gehört beispielsweise Kevlar.
• Textolithe aus einer Matrix aus Polymer und Stoffen unterschiedlicher Natur als Füllstoff. Einige Textolithe bestehen aus einer Matrix aus anorganische Stoffe(Silikate, Phosphate). Die Eigenschaften von Materialien sind sehr vielfältig und hängen von der Art der Stofffaser ab. Fasern bestehen aus Baumwolle, Asbest, Basalt, Glas, künstliche Materialien usw.
• Pulvergefüllte Polymere (Polyethylene, Polypropylene, Harze mit verschiedenen Füllstoffen, zum Beispiel Talk, Stärke, Ruß, Calciumcarbonat usw.) – mehr als 10.000 Arten von Kunststoffen dieser Art wurden bereits entwickelt. Bitte beachten Sie, dass Sie bei uns verschiedene Füllstoffe und andere notwendige Rohstoffe für die Herstellung von Verbundwerkstoffen kaufen können.

Verbundwerkstoffe auf Metallbasis

Metallverbundwerkstoffe werden auf Basis vieler Nichteisenmetalle hergestellt, beispielsweise Kupfer, Aluminium, Nickel. Zur Füllung werden Fasern verwendet, die hohen Temperaturen standhalten und sich nicht im Untergrund auflösen. Am häufigsten werden Metallfasern oder Einkristalle aus Oxiden, Nitriden, Keramiken, Karbiden und Boriden verwendet. Dadurch entstehen Verbundwerkstoffe, die wesentlich feuerfester, langlebiger und verschleißfester sind als das ursprüngliche reine Metall.

Keramische Verbundwerkstoffe

Keramische Verbundwerkstoffe werden durch Sintern der ursprünglichen Keramikmasse unter Zugabe von Fasern oder Partikeln hergestellt. Als Füllstoffe werden am häufigsten Metallfasern verwendet – es werden Cermets erhalten. Sie sind temperaturschockbeständig, hohe Wärmeleitfähigkeit.

Cermets werden zur Herstellung verschleißfester und hitzebeständiger Teile verwendet, beispielsweise für Gasturbinen und Elektroöfen. Sie sind auch für die Herstellung gefragt Schneidewerkzeug, Teile von Bremssystemen, Brennstäbe für Kernreaktoren.

Anwendung von Verbundwerkstoffen

Kompositmaterialien werden bereits in fast allen Bereichen der Produktion eingesetzt. Sie sind gebraucht:

• im Aufbau;
• Herstellung von Sicherheits- und Panzerglas für Fahrzeug, Schaufenster und Türen;
• medizinische Prothesen;
• Beschichtungen für Küchentische und Sockel für elektronische Platinen;
• Teile und Gehäuse von Haushaltsgeräten;
• Fensterrahmen und vieles mehr.

Das ist interessant: Verbundwerkstoffe mit extremen Eigenschaften sind im Flugzeug-, Auto-, Schiffs- und Raketenbau gefragt. Sie werden bei der Herstellung von Teilen für Raumfahrzeuge benötigt, Atomkraftwerke, Sportgeräte (z. B. leichte und langlebige Fahrräder). Sie werden zur Herstellung von Elementen von Geräten und Anlagen verwendet, die in aggressiven Umgebungen und bei hohen Temperaturen betrieben werden.

Einführung. 2

1. allgemeine Informationenüber Verbundwerkstoffe.. 3

2. Zusammensetzung und Struktur des Verbundwerkstoffs. 5

3. Bewertung der Matrix und des Festigers bei der Bildung der Eigenschaften des Verbundwerkstoffs. 10

3.1. Metallmatrix-Verbundwerkstoffe 10

3.2. Verbundwerkstoffe mit nichtmetallischer Matrix 10

4. Baustoffe– Verbundwerkstoffe.. 12

4.1. Polymere im Bauwesen. 12

4.2. Verbundwerkstoffe und Beton... 16

4.3. Aluminium Verbundplatten.. 19

Abschluss. 23

Liste der verwendeten Literatur... 24

Einführung

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts stellen sich die Menschen Fragen zu den Baumaterialien der Zukunft. Die rasante Entwicklung von Wissenschaft und Technik macht eine Vorhersage schwierig: Vor vier Jahrzehnten gab es keine weit verbreitete Verwendung von Polymerbaustoffen und nur ein enger Kreis von Spezialisten wusste über moderne „echte“ Verbundwerkstoffe Bescheid. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die Hauptbaustoffe auch Metall, Beton und Stahlbeton, Keramik, Glas, Holz und Polymere sein werden. Baumaterialien werden aus den gleichen Rohstoffen, aber unter Verwendung neuer Komponentenformulierungen und technologischer Methoden hergestellt, die eine höhere Leistungsqualität und dementsprechend Haltbarkeit und Zuverlässigkeit bieten. Es werden Abfälle aus verschiedenen Industrien, gebrauchte Produkte, lokale Abfälle und Haushaltsabfälle maximal genutzt. Baumaterialien werden nach Umweltkriterien ausgewählt und ihre Herstellung erfolgt auf Basis abfallfreier Technologien.

Bereits heute gibt es eine Fülle von Markennamen für Veredelungs-, Dämm- und andere Materialien, die sich im Prinzip nur in Zusammensetzung und Technologie unterscheiden. Dieser Zufluss neuer Materialien wird zunehmen und ihre Leistungseigenschaften werden sich unter Berücksichtigung der rauen Bedingungen verbessern Klimabedingungen und die Energieressourcen Russlands zu schonen.

1. Allgemeine Informationen zu Verbundwerkstoffen

Verbundwerkstoff ist ein heterogener Feststoff, der aus zwei oder mehr Komponenten besteht, unter denen man Verstärkungselemente unterscheiden kann, die dem Material die notwendigen mechanischen Eigenschaften verleihen, und eine Matrix (oder Bindemittel), die die gemeinsame Funktion der Verstärkungselemente gewährleistet.

Das mechanische Verhalten eines Verbundwerkstoffs wird durch die Beziehung zwischen den Eigenschaften der Verstärkungselemente und der Matrix sowie der Stärke der Verbindung zwischen ihnen bestimmt. Die Effizienz und Leistung des Materials hängt von der richtigen Auswahl der Originalkomponenten und der Technologie ihrer Kombination ab, die eine starke Verbindung zwischen den Komponenten unter Beibehaltung ihrer ursprünglichen Eigenschaften gewährleisten soll.

Durch die Kombination von Verstärkungselementen und der Matrix entsteht ein Eigenschaftskomplex des Verbundwerkstoffs, der nicht nur die Ausgangseigenschaften seiner Komponenten widerspiegelt, sondern auch Eigenschaften umfasst, die die isolierten Komponenten nicht besitzen. Insbesondere das Vorhandensein von Grenzflächen zwischen den Verstärkungselementen und der Matrix erhöht die Rissbeständigkeit des Materials deutlich, und bei Verbundwerkstoffen führt eine Erhöhung der statischen Festigkeit im Gegensatz zu Metallen nicht zu einer Abnahme, sondern in der Regel zu einer Erhöhung der Bruchzähigkeitseigenschaften.

hohe spezifische Festigkeit

hohe Steifigkeit (E-Modul 130…140 GPa)

hohe Verschleißfestigkeit

hohe Dauerfestigkeit

Aus CM lassen sich formstabile Strukturen herstellen

Darüber hinaus können verschiedene Klassen von Verbundwerkstoffen einen oder mehrere Vorteile haben. Einige Vorteile können nicht gleichzeitig erreicht werden.

Nachteile von Verbundwerkstoffen

Die meisten Verbundwerkstoffklassen (aber nicht alle) haben Nachteile:

hoher Preis

Anisotropie der Eigenschaften

erhöhte Wissensintensität der Produktion, der Bedarf an besonders teurer Ausrüstung und Rohstoffen und damit entwickelte sich die Industrieproduktion und die wissenschaftliche Basis des Landes

2. Zusammensetzung und Struktur des Verbundwerkstoffs

Verbundwerkstoffe sind Mehrkomponentenmaterialien, die aus einer Polymer-, Metall-, Kohlenstoff-, Keramik- oder anderen Basis (Matrix) bestehen und mit Füllstoffen aus Fasern, Whiskern, feinen Partikeln usw. verstärkt werden. Durch Auswahl der Zusammensetzung und Eigenschaften des Füllstoffs und der Matrix (Bindemittel) Durch deren Verhältnis und Ausrichtung des Füllstoffs ist es möglich, Materialien mit der erforderlichen Kombination von betrieblichen und technologischen Eigenschaften zu erhalten. Der Einsatz mehrerer Matrizen (Polymatrix-Verbundwerkstoffe) oder Füllstoffe unterschiedlicher Beschaffenheit (Hybrid-Verbundwerkstoffe) in einem Werkstoff erweitert die Möglichkeiten zur Regulierung der Eigenschaften von Verbundwerkstoffen erheblich. Verstärkende Füllstoffe absorbieren den Hauptanteil der Belastung von Verbundwerkstoffen.

Basierend auf der Struktur des Füllstoffs werden Verbundwerkstoffe in faserige (mit Fasern und Whiskern verstärkte), geschichtete (mit Filmen, Platten, geschichteten Füllstoffen verstärkte), dispergierte verstärkte oder durch Dispersion verstärkte (mit Füllstoff in Form feiner Partikel) unterteilt ). Die Matrix in Verbundwerkstoffen sorgt für die Festigkeit des Materials, die Übertragung und Verteilung von Spannungen im Füllstoff, bestimmt Hitze, Feuchtigkeit, Feuer und Chemikalien. Haltbarkeit.

Basierend auf der Art des Matrixmaterials werden Polymer-, Metall-, Kohlenstoff-, Keramik- und andere Verbundwerkstoffe unterschieden.

Mit hochfesten und hochmoduligen Endlosfasern verstärkte Verbundwerkstoffe werden im Bauwesen und in der Technik am häufigsten eingesetzt. Dazu gehören: Polymerverbundwerkstoffe auf Basis duroplastischer (Epoxidharz, Polyester, Phenolformal, Polyamid usw.) und thermoplastischer Bindemittel, verstärkt mit Glas (Glasfaser), Kohlenstoff (Kohlenstofffaser), org. (Organokunststoffe), Bor (Borokunststoffe) und andere Fasern; metallisch Verbundwerkstoffe auf Basis von Al-, Mg-, Cu-, Ti-, Ni-, Cr-Legierungen, verstärkt mit Bor-, Kohlenstoff- oder Siliziumkarbidfasern sowie Stahl-, Molybdän- oder Wolframdraht;

Verbundwerkstoffe auf Basis von Kohlenstoff, verstärkt mit Kohlenstofffasern (Kohlenstoff-Kohlenstoff-Materialien); Verbundwerkstoffe auf Basis von mit Kohlenstoff, Siliziumkarbid und anderen hitzebeständigen Fasern und SiC verstärkten Keramiken. Bei der Verwendung von Kohlenstoff-, Glas-, Aramid- und Borfasern, die in einer Menge von 50–70 % im Material enthalten sind, wurden Zusammensetzungen (siehe Tabelle) mit Schock erzeugt. Festigkeit und Elastizitätsmodul sind 2- bis 5-mal höher als bei herkömmlichen Strukturmaterialien und Legierungen. Darüber hinaus sind Faserverbundwerkstoffe Metallen und Legierungen in Bezug auf Dauerfestigkeit, Hitzebeständigkeit, Vibrationsbeständigkeit, Geräuschabsorption, Schlagfestigkeit und andere Eigenschaften. So verbessert die Verstärkung von Al-Legierungen mit Borfasern ihre mechanischen Eigenschaften erheblich und ermöglicht eine Erhöhung der Betriebstemperatur der Legierung von 250–300 auf 450–500 °C. Durch die Verstärkung mit Draht (aus W und Mo) und Fasern aus feuerfesten Verbindungen werden hitzebeständige Verbundwerkstoffe auf Basis von Ni, Cr, Co, Ti und deren Legierungen hergestellt. So können mit Fasern verstärkte hitzebeständige Ni-Legierungen bei 1300–1350 °C betrieben werden. Bei der Herstellung von Metallfaserverbundwerkstoffen erfolgt das Aufbringen einer Metallmatrix auf den Füllstoff überwiegend aus einer Schmelze des Matrixmaterials, durch elektrochemische Abscheidung oder Sputtern. Das Formen der Produkte wird von Ch. durchgeführt. arr. durch Imprägnieren eines Rahmens aus Verstärkungsfasern mit einer Metallschmelze unter einem Druck von bis zu 10 MPa oder durch Verbinden von Folie (Matrixmaterial) mit Verstärkungsfasern durch Walzen, Pressen, Extrudieren unter Erhitzen. zur Schmelztemperatur des Matrixmaterials.

Eine der gebräuchlichsten technologischen Methoden zur Herstellung von Polymer- und Metallmaterialien. Faser- und Schichtverbundwerkstoffe – Wachstum von Füllstoffkristallen in einer Matrix direkt während des Herstellungsprozesses von Teilen. Diese Methode wird beispielsweise bei der Erstellung von Eutektika eingesetzt. hitzebeständige Legierungen auf Basis von Ni und Co. Legieren von Schmelzen mit Karbiden und intermetallischen Verbindungen. Verbindungen, die beim Abkühlen unter kontrollierten Bedingungen faserige oder plättchenförmige Kristalle bilden, führen zu einer Verfestigung der Legierungen und ermöglichen eine Erhöhung ihrer Betriebstemperatur um 60–80 °C. Verbundwerkstoffe auf Kohlenstoffbasis vereinen geringe Dichte mit hoher chemischer Wärmeleitfähigkeit. Haltbarkeit, Größenkonsistenz unter scharfen Kanten Temperaturänderungen sowie mit einer Erhöhung der Festigkeit und des Elastizitätsmoduls bei Erwärmung auf 2000 °C in einer inerten Umgebung. Methoden zur Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen finden Sie unter Kohlenstoffkunststoffe. Hochfeste Verbundwerkstoffe auf Keramikbasis werden durch Verstärkung mit faserigen, aber auch metallischen Füllstoffen erhalten. und Keramik dispergierte Partikel. Die Verstärkung mit kontinuierlichen SiC-Fasern ermöglicht die Herstellung von Verbundwerkstoffen mit höheren Eigenschaften Zähigkeit, Biegefestigkeit und hohe Oxidationsbeständigkeit bei große Titten. Allerdings führt die Verstärkung von Keramik mit Fasern nicht immer dazu. Erhöhung seiner Festigkeitseigenschaften aufgrund des fehlenden elastischen Zustands des Materials bei einem hohen Wert seines Elastizitätsmoduls. Verstärkung mit dispergiertem Metall Mit Partikeln können Sie Keramik-Metallic erzeugen. Materialien (Cermets) mit höherer Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Thermoschockbeständigkeit. Bei der Herstellung von Keramik Verbundwerkstoffe werden üblicherweise durch Heißpressen, Pressen mit Leisten, verarbeitet. Sintern, Schlickerguss (siehe auch Keramik). Verstärkung von Materialien mit dispergierten metallischen Materialien. Partikel führt zu einem starken Anstieg der Festigkeit aufgrund der Schaffung von Hindernissen für die Bewegung von Versetzungen. Eine solche Verstärkung ch. arr. Wird zur Herstellung hitzebeständiger Chrom-Nickel-Legierungen verwendet. Die Materialien werden durch Einbringen feiner Partikel in die Metallschmelze mit dem Leisten gewonnen. konventionelle Verarbeitung von Barren zu Produkten. Durch das Einbringen von beispielsweise ThO2 oder ZrO2 in die Legierung ist es möglich, durch Dispersion verfestigte hitzebeständige Legierungen zu erhalten, die lange Zeit unter Belastung bei 1100–1200 °C arbeiten (die Leistungsgrenze herkömmlicher hitzebeständiger Legierungen unter). die gleichen Bedingungen sind 1000-1050 °C). Vielversprechende Richtung Herstellung hochfester Verbundwerkstoffe – Verstärkungsmaterialien mit Whiskern (Whiskern), die aufgrund ihres geringen Durchmessers praktisch frei von Defekten größerer Kristalle sind und eine hohe Festigkeit aufweisen. max. praktisch Von Interesse sind Kristalle aus Al2O3, BeO, SiC, B4C, Si3N4, AlN und Graphit mit einem Durchmesser von 1–30 Mikrometern und einer Länge von 0,3–15 mm. Solche Füllstoffe werden in Form von orientiertem Garn oder isotrop verwendet geschichtete Materialien wie Papier, Pappe, Filz. Verbundwerkstoffe auf Basis einer Epoxidmatrix und ThO2-Whiskern (30 Gew.-%) haben eine Festigkeit von 0,6 GPa und einen Elastizitätsmodul von 70 GPa. Die Einführung von Whisker-Kristallen in eine Zusammensetzung kann ihr ungewöhnliche Kombinationen elektrischer Eigenschaften verleihen. und Mag. St. Die Wahl und der Zweck von Verbundwerkstoffen werden weitgehend von den Belastungsbedingungen und dem Betrieb des Teils oder der Struktur sowie der Technologie bestimmt. Möglichkeiten. max. Polymerverbundwerkstoffe sind verfügbar und beherrscht. Eine große Auswahl an Matrizen in Form von Duroplasten und Thermoplasten. Polymere bietet große Auswahl Verbundwerkstoffe für Arbeiten im Negativbereich. Temperatur bis 100-200°C – für Organokunststoffe, bis 300-400°C – für Glas-, Kohlenstoff- und Borkunststoffe. Polymerverbundwerkstoffe mit einer Polyester- und Epoxidmatrix arbeiten bis zu 120–200 °C, mit Phenol-Formaldehyd bis zu 200–300 °C, Polyimid und Silikon. - bis zu 250-400°C. Metallisch Verbundwerkstoffe auf Basis von Al, Mg und deren Legierungen, verstärkt mit Fasern aus B, C, SiC, werden bis 400-500 °C eingesetzt; Verbundwerkstoffe auf Basis von Ni- und Co-Legierungen arbeiten bei Temperaturen von bis zu 1100–1200 °C und basieren auf hochschmelzenden Metallen und Verbindungen. - bis 1500-1700°C, basierend auf Kohlenstoff und Keramik - bis 1700-2000°C. Die Verwendung von Verbundwerkstoffen als Struktur-, Hitzeschutz-, Reibungs-, Funk- und Elektroausrüstung. und andere Materialien ermöglichen es, das Gewicht einer Struktur zu reduzieren, die Ressourcen und die Leistung von Maschinen und Einheiten zu erhöhen und grundlegend neue Einheiten, Teile und Strukturen zu schaffen. Alle Arten von Verbundwerkstoffen werden in der Chemie-, Textil-, Bergbau- und Metallindustrie eingesetzt. Industrie, Maschinenbau, Transport, für die Fertigung Sportausrüstung usw.

Verbundwerkstoffe sind Materialien, die aus zwei oder mehr Komponenten bestehen, die sich in ihrer Natur oder chemischen Zusammensetzung unterscheiden, wobei die Komponenten zu einer einzigen monolithischen Struktur mit einer Grenzfläche zwischen den Komponenten kombiniert werden, deren optimale Kombination es ermöglicht, einen Komplex aus physikalisch-chemischen und physikalisch-chemischen Eigenschaften zu erhalten mechanische Eigenschaften, unterschiedlich vom Eigenschaftskomplex der Komponenten.

Im weitesten Sinne umfasst der Begriff „Verbundmaterial“ jedes Material mit einer heterogenen Struktur, d. h. Struktur bestehend aus zwei oder mehr Phasen.

Der erste Schöpfer von Verbundwerkstoffen war die Natur selbst. Viele natürliche Strukturen (Baumstämme, Tierknochen, menschliche Zähne usw.) weisen eine charakteristische Faserstruktur auf. Es besteht aus einer relativ plastischen Matrixsubstanz und härteren und haltbareren Stoffen in Form von Fasern. Zum Beispiel: Holz ist eine Zusammensetzung, die aus Bündeln hochfester Zellulosefasern mit röhrenförmiger Struktur besteht, die durch eine Matrix aus organischem Material (Lignin) miteinander verbunden sind, was dem Holz seitliche Steifigkeit verleiht.

Beispiele für Verbundmaterialien können natürliche Formationen wie Mineralien sein. Jade – besteht aus dicht gepackten nadelförmigen Kristallen, die an Grenzflächen miteinander verbunden sind. Diese Struktur sorgt für die hohe Viskosität der Jade und wurde daher von verschiedenen Stämmen als Material für die Herstellung von Äxten verwendet.

allgemeine Charakteristiken Kompositmaterialien

Und ihre Klassifizierung

Die Aufmerksamkeit für Verbundwerkstoffe hat in den letzten Jahren kontinuierlich zugenommen. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Möglichkeiten zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften traditioneller Strukturmaterialien weitgehend ausgeschöpft sind.

Verbundwerkstoffe sind allen bekannten Strukturlegierungen hinsichtlich spezifischer Festigkeit und Steifigkeit, Festigkeit bei hohen Temperaturen, Beständigkeit gegen Ermüdungsbruch und anderen Eigenschaften deutlich überlegen. Das Niveau eines bestimmten Eigenschaftssatzes wird im Voraus entworfen und während des Herstellungsprozesses des Materials umgesetzt.

Reis. 20.1. Spezifische Festigkeit und Steifigkeit von Stahl, Titan, Aluminiumlegierungen und Verbundwerkstoffe (KAS-1, VKA-1B).

Die Eigenschaften von Verbundwerkstoffen hängen hauptsächlich davon ab physikalische und mechanische Eigenschaften Komponenten und die Stärke der Verbindung zwischen ihnen. Besonderheit Der Vorteil dieser Materialien besteht darin, dass sie die Vorteile der Komponenten und nicht deren Nachteile aufweisen. Gleichzeitig weisen Verbundwerkstoffe Eigenschaften auf, die die einzelnen Bestandteile, aus denen sie bestehen, nicht besitzen. Um die Eigenschaften der Zusammensetzung zu optimieren, werden Komponenten mit stark unterschiedlichen, aber komplementären Eigenschaften ausgewählt.

Verbundwerkstoffe bestehen in ihrer Zusammensetzung aus einer Basis (Matrix) und einem Füllstoff (Verstärker, Verstärkungskomponente).

Die Basis (Matrix) von Verbundwerkstoffen sind Metalle oder Legierungen, Polymere, Kohlenstoff- und Keramikmaterialien.

Die Matrix bindet die Zusammensetzung und verleiht ihr Form. Die Eigenschaften der Matrix hängen weitgehend davon ab technologische Modi Beschaffung von Verbundwerkstoffen usw. wichtig Leistungsmerkmale wie zum Beispiel: Betriebstemperatur, Ermüdungsbeständigkeit, Dichte und spezifische Festigkeit.

Es wurden Verbundwerkstoffe mit kombinierten Matrizen erstellt, die aus abwechselnden Schichten (zwei oder mehr) verschiedener Schichten bestehen chemische Zusammensetzung. Solche Materialien werden Polymatrix genannt. Polymatrix-Materialien zeichnen sich durch eine umfangreichere Liste aus wohltuende Eigenschaften. Beispielsweise erhöht die Verwendung von Titan als Matrix zusammen mit Aluminium die Festigkeit von Verbundwerkstoffen in Richtung senkrecht zur Faserachse. Aluminiumschichten in der Matrix tragen dazu bei, die Dichte des Materials zu reduzieren.

Eine weitere Komponente, Verstärkungs- oder Verstärkungskomponente, manchmal auch Füllstoff genannt, ist gleichmäßig in der Matrix verteilt. Der Begriff „Verstärken“ bedeutet „in ein Material eingebracht, um Eigenschaften zu verändern“, beinhaltet aber nicht den eindeutigen Begriff „Verstärken“.

Verstärkungskomponenten müssen eine hohe Festigkeit, Härte und einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen. In diesen Eigenschaften sind sie der Matrix deutlich überlegen.

Die Eigenschaften von Verbundwerkstoffen hängen auch von der Form bzw. Geometrie, Größe, Menge und Art der Verteilung des Füllstoffs (Verstärkungsmuster) ab.

Aufgrund ihrer Form werden Füllstoffe in drei Hauptgruppen eingeteilt:

1. Nulldimensionale Füllstoffe mit sehr kleinen Größen derselben Größenordnung in drei Dimensionen (Partikel);

2. Eindimensionale Füllstoffe sind in zwei Dimensionen klein und in der dritten Dimension (Fasern) deutlich größer;

3. Zweidimensionale Füllstoffe haben zwei Größen, die der Größe des Verbundmaterials entsprechen und die dritte (Platten, Gewebe) deutlich übertreffen.

Die fadenförmige Form der Verstärkungselemente hat sowohl positive als auch negative Seiten. Ihr Vorteil ist die hohe Festigkeit und die Möglichkeit, eine Verstärkung nur in der Richtung zu erzeugen, in der dies strukturell erforderlich ist. Der Nachteil dieser Form besteht darin, dass die Fasern die Last nur in Richtung ihrer Achse übertragen können, während es in senkrechter Richtung zu keiner Verstärkung kommt und es in manchen Fällen sogar zu einer Erweichung kommen kann.

Zur Verstärkung eingesetzte Füllstoffe müssen folgende Eigenschaften aufweisen: hohe Temperatur Schmelzen, niedrige Dichte, hohe Festigkeit über den gesamten Betriebstemperaturbereich, Verarbeitbarkeit, minimale Löslichkeit in der Matrix, hoch chemische Resistenz, Mangel an Toxizität während der Produktion und des Betriebs.

Verbundwerkstoffe, die zwei oder mehr unterschiedliche Füllstoffe enthalten, werden als polyverstärkt bezeichnet.

Bestehen Verbundwerkstoffe aus drei oder mehr Komponenten, spricht man von Hybrid.

Verbundwerkstoffe werden nach mehreren Hauptmerkmalen klassifiziert:

a) Material der Matrix und Verstärkungskomponenten;

b) Struktur: Geometrie und Anordnung der Komponenten;

c) Art der Beschaffung;

d) Anwendungsbereiche.

Betrachten wir einige Klassifizierungsmerkmale von Verbundwerkstoffen.