Kompozit malzemeler

Kompozit malzeme (kompozit, KM) - iki veya daha fazla bileşenden oluşan, aralarında gerekli olanı sağlayan takviye elemanlarının ayırt edilebildiği homojen olmayan bir katı malzeme. mekanik karakteristiği malzeme ve sağlayan bir matris (veya bağlayıcı) ortak çalışma takviye elemanları.

Kompozitin mekanik davranışı, takviye elemanlarının ve matrisin özelliklerinin oranı ve aralarındaki bağın kuvveti ile belirlenir. Malzemenin verimliliği ve performansı şunlara bağlıdır: doğru seçim Orijinal bileşenler ve bunların kombinasyonunun teknolojisi, orijinal özelliklerini korurken bileşenler arasında güçlü bir bağlantı sağlamak üzere tasarlanmıştır.

Takviye elemanlarının ve matrisin birleştirilmesinin bir sonucu olarak, yalnızca yansıtmakla kalmayıp, bir kompozit özellikler kompleksi de oluşur. başlangıç ​​özellikleri bileşenlerinin yanı sıra izole edilmiş bileşenlerin sahip olmadığı özellikleri de içerir. Özellikle, takviye elemanları ile matris arasındaki arayüzlerin varlığı, malzemenin çatlama direncini önemli ölçüde arttırır ve kompozitlerde, metallerin aksine, statik mukavemetteki bir artış, bir azalmaya yol açmaz, ancak kural olarak, bir artışa yol açar. kırılma tokluğu özelliklerinde artış.

Kompozit malzemelerin avantajları

CM'lerin bu görevlerin yerine getirilmesi için oluşturulduğuna hemen dikkat edilmelidir, bu nedenle olası tüm avantajları içeremezler, ancak yeni bir kompozit tasarlarken mühendis, geleneksel malzemelerden önemli ölçüde üstün olan özellikleri belirlemekte özgürdür. bu mekanizmada bu hedefi yerine getiriyorlar, ancak diğer yönlerden onlardan daha aşağılar. Bu, CM'nin her bakımdan geleneksel malzemeden daha iyi olamayacağı anlamına gelir; yani her ürün için mühendis tüm işlemleri yürütür. gerekli hesaplamalar ve ancak bundan sonra üretim için malzemeler arasından en uygun olanı seçer.

• yüksek spesifik güç
• yüksek sertlik (esneklik modülü 130…140 GPa)
• yüksek aşınma direnci
• yüksek yorulma mukavemeti
• CM'den boyutsal olarak kararlı yapılar yapmak mümkündür

Ayrıca farklı sınıftaki kompozitlerin bir veya daha fazla avantajı olabilir. Bazı faydalar aynı anda elde edilemez.

Kompozit malzemelerin dezavantajları

Çoğu kompozit sınıfının (ancak hepsinin değil) dezavantajları vardır:

• yüksek fiyat
• özellik anizotropisi
• üretimin artan bilim yoğunluğu, özel pahalı ekipman ve hammaddelere duyulan ihtiyaç ve dolayısıyla gelişmiş bir üretim endüstriyel üretim ve ülkenin bilimsel temeli

Kullanım alanları

Tüketim Malları

makine Mühendisliği

karakteristik

Teknoloji, çelik-kauçuk sürtünme çiftlerindeki yüzeylerde ek koruyucu kaplamalar oluşturmak için kullanılır. Teknolojinin kullanımı contaların ve millerin görev döngüsünün artırılmasına olanak tanır endüstriyel ekipman su ortamında çalışmak.

Kompozit malzemeler çeşitli fonksiyonel bileşenlerden oluşur. mükemmel malzemeler. temel inorganik malzemelerçeşitli katkı maddeleri ile modifiye edilmiş magnezyum, demir, alüminyum silikatları yapar. Bu malzemelerdeki faz geçişleri, metalin nihai mukavemetine yakın, yeterince yüksek yerel yüklerde meydana gelir. Aynı zamanda, yüksek lokal yüklerin olduğu bölgedeki yüzeyde, metal yüzeyin yapısını değiştirmenin mümkün olduğu yüksek mukavemetli bir sermet tabakası oluşur.

Özellikler

Kompozit malzemenin bileşimine bağlı olarak koruyucu kaplama aşağıdaki özelliklerle karakterize edilebilir:

• 100 mikrona kadar kalınlık;
• şaft yüzeyi temizlik sınıfı (9'a kadar);
• 1 - 3 mikron büyüklüğünde gözeneklere sahip;
• 0,01'e kadar sürtünme katsayısı;
• metal ve kauçuk yüzeyine yüksek yapışma.

Teknik ve ekonomik avantajlar

• Yüksek yerel yüklerin olduğu bölgede yüzeyde yüksek mukavemetli bir sermet tabakası oluşur
• Politetrafloroetilenlerin yüzeyinde oluşan tabaka, düşük sürtünme katsayısına ve aşındırıcı aşınmaya karşı düşük dirence sahiptir;
• Metal-organik kaplamalar yumuşaktır, sürtünme katsayısı düşüktür, gözenekli yüzeye sahiptir, ek katmanın kalınlığı birkaç mikrondur.

Teknolojinin uygulama alanları

• Sürtünmeyi azaltmak ve dinlenme süresi boyunca kauçuğun mile yapışmasını önleyen ayırıcı bir tabaka oluşturmak için çalışma yüzeyine contalar uygulamak.
• otomobil ve uçak yapımı için yüksek hızlı içten yanmalı motorlar.

Havacılık ve uzay bilimi

Silahlanma ve askeri teçhizat

Özelliklerinden (dayanıklılık ve hafiflik) dolayı kompozit malzemeler askeri alanda kullanılmaktadır. Çeşitli türler zırh :

• askeri araçlar için zırh

Ayrıca bakınız

• IBFM_(Innovative_building_and_finishing_materials)

Bağlantılar

Wikimedia Vakfı. 2010.

• Kompozit
• Kompozit malzeme

Diğer sözlüklerde "Kompozit malzemeler" in neler olduğuna bakın:

Takviye malzemeleri- (cam örtü, cam keçe, cam fitil, çok eksenli fiberglas, hasır) - kompozit malzemeler, amaçlarına bağlı olarak, takviye malzemelerinin reçine ile emprenye edilmesiyle elde edilir ve reçine polimerizasyon reaksiyonu sonucunda ... Yapı malzemelerinin terimleri, tanımları ve açıklamaları ansiklopedisi

MALZEME GEMİ İNŞAATI- özellikleri, gemi inşasına yönelik malzemeler için sınıflandırma normları ve kurallarının gerekliliklerini veya gemi yapımında kullanılan malzemeler için norm ve standartların (TU, OST, GOST) gerekliliklerini karşılayan teknik malzemeler. teknolojik süreçler… … Denizcilik ansiklopedik referans kitabı

Kompozit Esnek Bağlar- Şekil 1. Üç katmanlı bir duvarın şeması: 1. İç kısım duvarlar; 2. Esnek bağlantı; 3. Yalıtım; 4. hava boşluğu; 5. Duvarın bakan kısmında Kompozit esnek bağlantılar kullanılmıştır... Vikipedi

IBFM (Yenilikçi Yapı ve Kaplama Malzemeleri)- IBFM (İnovasyon Yapı ve Kaplama Malzemeleri, Yenilikçi Yapı ve Kaplama Malzemeleri'nin kısaltması) yeni kategori inşaat ve inşaatı birleştiren inşaat malları Dekorasyon Malzemeleri prensibine göre ... ... Vikipedi

CFRP- Karbon fiber takviyeli plastik terimi İngilizce karbon fiber takviyeli plastik terimi Eş anlamlılar Kısaltmalar CFRP İlgili terimler kompozit malzemeler, polimer, karbon nanomalzemeler Tanımı karbon fiberlerden oluşan kompozit malzemeler ve ... ... ansiklopedik sözlük nanoteknoloji

PLASTİKLER- (plastik kütleler, plastikler). Hafif, sert, güçlü, korozyona dayanıklı ürünlerin yapılabileceği geniş bir polimerik organik, kolayca kalıplanabilen malzeme sınıfı. Bu maddeler esas olarak karbon (C), hidrojen (H), ... ... Collier Ansiklopedisi

Bıçak- Bu terimin başka anlamları da vardır, bkz. Bıçak (anlamları). Bıçak (Proto-Slavca *nožь *noziti'den delmeye kadar), çalışma gövdesi bir bıçak şeridi olan bir kesici alet Katı madde(genellikle metal) bir bıçakla ... Vikipedi

Colibri EC120 B helikopterinin uçuş performansı- Colibri EC120 B, dört yolcuya kadar taşıma kapasitesine sahip çok amaçlı bir hafif helikopterdir. Geniş kargo bölmesine beş büyük valiz sığabilir. Murmansk yakınlarında helikopter kazası Geliştirici: Fransız-Alman-İspanyol Grubu ... ... Haber yapımcılarının ansiklopedisi

karbon nanotüpleri- Bu terimin başka anlamları da vardır, bkz. Nanotüpler. Şematik sunum nanotüpler ... Vikipedi

Airbus A380- T ... Vikipedi

Kitabın

• İnşaat malzemeleri. Alaşımlar, polimerler, seramikler, kompozitler, W. Bolton, Referans kitabı, makine mühendisliği ve elektrik mühendisliğinde kullanılan tüm malzeme yelpazesini sunar: demir, alüminyum, bakır, magnezyum, nikel, titanyum, bunlara dayalı alaşımlar, polimerik, seramik ve ... Kategori: Makine mühendisliği. Enstrümantasyon. metal işleme Yayımcı:

Okuyucuyu metal bazlı kompozitler ve seramik kompozit malzemelerle tanıştırır. Ayrıca kompozitlerin ana kullanım alanlarını da açıklamaktadır.

• Doğal ve yapay kökenli organik liflere sahip organoplastikler. Cam ve karbon fiberden daha hafiftir. Darbe mukavemetleri yüksektir ancak çekme/bükülme mukavemetleri düşüktür. Bu tip plastikler örneğin Kevlar'ı içerir.
• Bir polimer ve kumaş matrisinden yapılmış tekstolitler farklı doğa dolgu maddesi olarak. Bazı textolitler bir matris ile yapılır inorganik maddeler(silikatlar, fosfatlar). Malzemelerin özellikleri, kumaş liflerinin türüne bağlı olarak çok çeşitlidir. Lifler pamuk, asbest, bazalt, cam, yapay malzemelerden vb. yapılır.
• Toz dolgulu polimerler (polietilenler, polipropilenler, talk, nişasta, karbon siyahı, kalsiyum karbonat vb. gibi çeşitli dolgu maddelerine sahip reçineler) - bu türden 10 binden fazla plastik türü zaten geliştirilmiştir. Kompozit üretimi için çeşitli dolgu maddeleri ve diğer gerekli hammaddeleri bizden satın alabileceğinizi lütfen unutmayın.

Metal Esaslı Kompozitler

Metal kompozitler, bakır, alüminyum, nikel gibi birçok demir dışı metal temelinde yapılır. Dolgu için dayanıklı elyaflar alınır. yüksek sıcaklıklar, bazda çözünmez. En yaygın olarak kullanılan metal elyaflar veya oksitlerin, nitritlerin, seramiklerin, karbürlerin, boritlerin tek kristalleri. Bunun sonucunda orijinal saf metalden çok daha fazla yangına dayanıklı, dayanıklı ve aşınmaya dayanıklı kompozitler elde edilir.

Seramik kompozitler

Seramik kompozitler, orijinal seramik kütlesinin elyaf veya parçacık ilavesiyle basınçla sinterlenmesiyle yapılır. Metal lifler çoğunlukla dolgu maddesi olarak kullanılır - sermetler elde edilir. Termal şoklara karşı dayanıklıdırlar, yüksek ısı iletkenliğine sahiptirler.

Sermetler, gaz türbinleri, elektrikli fırınlar gibi aşınmaya ve ısıya dayanıklı parçaların üretiminde kullanılır. Ayrıca kesici takımların, fren sistemi parçalarının, yakıt çubuklarının imalatında da talep görüyorlar. nükleer reaktörler.

Kompozitlerin uygulanması

Kompozit malzemeler halihazırda üretimin neredeyse tüm alanlarında kullanılmaktadır. Bunlar kullanılır:

• yapım aşamasında;
• güvenlik ve zırhlı cam üretimi Araç, mağaza vitrinleri ve kapıları;
• tıbbi protezler;
• mutfak masaları için kaplamalar ve elektronik tahtalar için tabanlar;
• ev aletlerinin parçaları ve kasaları;
• pencere çerçeveleri ve daha fazlası.

Bu ilginç: olağanüstü özelliklere sahip kompozitler uçak, otomobil, gemi ve roket imalatında talep görüyor. Uzay araçları, nükleer santraller, spor malzemeleri (örneğin hafif ve dayanıklı bisikletler) için parçaların üretiminde bunlara ihtiyaç vardır. Agresif ortamlarda ve yüksek sıcaklıklarda çalıştırılan cihaz ve ekipmanların elemanlarının üretiminde kullanılırlar.

giriiş

Geçtiğimiz birkaç yılda, hem ferroelektrik hem de ferromanyetik özellikler sergileyen multiferroik malzemelerin yaratılmasına ve incelenmesine büyük önem verildi.

Multiferroikler hem tek fazlı hem de kompozit formda uygulanabilir. Tek fazlı multiferroik malzemelerin çoğu, düşük sıcaklık bölgelerinde, özellikle de kriyojenik sıcaklıklarda manyetoelektrik özellikler sergiler.

Pratik olarak uygulanamayan bu tek fazlı multiferroiklere bir alternatif, kompozitler olarak adlandırılan malzemelerde, örneğin piezoelektrik ve piezomanyetik fazların veya manyetostriktif ve piezoelektrik fazların bir kombinasyonu gibi iki fazın bir kombinasyonu ile yapay olarak oluşturulan malzemelerde bulundu. Bu malzemeler oda sıcaklığına yakın sıcaklıklarda denge ferroelektrik yapılarını korur. Büyük bir manyetoelektrik (ME) etkiye, manyetostriktif ve piezoelektrik fazlara sahiptirler. iyi kalite ve sözde çok işlevli malzemeye aittir. Sentetik kompozit multiferroiklerin üretimindeki ana başarı, bunların oldukça kolay ve ucuz üretimi ve fazların moleküler oranını ve her fazın tane boyutunu kontrol edebilme yeteneğidir. Ayrıca sentez sırasında ferroelektrik ve manyetik fazlar arasındaki sınırlarda, örneğin dielektrik özelliklerde kayba yol açan olası bir kimyasal reaksiyonun önlenmesiyle ilgili bir sorun da vardır. Genel olarak kompozitlerde tane boyutları, şekli ve taneler arasındaki sınırlar, fazların "ana" özelliklerini korurken yeni özelliklerin ortaya çıkmasına yol açan ana unsurlardır. Bu nedenle, spin-polarizasyon tüneli modelinde taneler arasında iletken olmayan bariyer katmanlarının ortaya çıkmasıyla açıklanan devasa manyetik dirençte (CRM) bir artışın meydana gelebileceği bilinmektedir.

Benden önceki görevler şunlardı:

1) sunulan örneğin kompozit multiferroikleri hakkındaki literatürü tanımak;

2) (La 0,5 Eu 0,5) 0,7 Pb 0,3 MnO 3 ve PbTiO 3'ün özelliklerini ve yapısını incelemek;

3) PbTiO3'ü polikristal formda sentezleyin ve tek bir kristal (La 0,5 Eu 0,5) 0,7 Pb 0,3 Mn03 büyütün;

4) (1-x) (La 0.5 Eu 0.5) 0.7 Pb 0.3 MnO 3 +xPbTiO 3'ün manyetik, manyetoelektrik ve diğer özelliklerini araştırmaya başlayın.

Bileşik örnekler

Kompozitler nelerdir?

Kompozit malzemeler, iki veya daha fazla farklı fazdan oluşan ve orijinal bileşenlerde bulunmayan özelliklere sahip malzemelerdir. Bu tanım kompozit fikrini iyi yansıtmaktadır ancak malzemelerin ve alaşımların (örneğin çelik, dökme demir, beton vb.) büyük çoğunluğunu kapsadığı için çok geniştir. Görünüşe göre başka bir tanım daha iyi olurdu: kompozitler, çeşitli şekil ve özelliklere sahip iki veya daha fazla malzemenin (bileşenlerin), net bir arayüze sahip, bileşenlerin her birinin avantajlarını kullanan ve yeni özellikler sergileyen üç boyutlu monolitik yapay kombinasyonudur. sınır süreçleri.

Tipik olarak kompozitler, başka bir malzemenin elyaflarından, katmanlarından, dağılmış parçacıklarından dolgu maddeleri ile güçlendirilmiş bir malzemenin tabanıdır (matris). Bu, her iki bileşenin dayanıklılık özelliklerini birleştirir. Dolgu maddesi ve matrisin bileşimini ve özelliklerini, bunların oranını, dolgu maddesi yönelimini seçerek, gerekli operasyonel ve teknolojik özellikler kombinasyonuna sahip bir malzeme elde etmek mümkündür.

Bir kompozit, bitmiş kompozitteki bireysel bileşenlerin kendi doğal özelliklerini koruması açısından alaşımdan farklıdır. Bileşenler, yalnızca olumlu yeni özellikler gösterecek şekilde kompozitin arayüzünde etkileşime girmelidir. Böyle bir sonuç ancak bileşenlerin özelliklerinin kompozit malzemede başarılı bir şekilde birleştirilmesiyle elde edilebilir; kompozitin çalışması sırasında bileşenlerin sadece gerekli özellikleri ortaya çıkmalı ve eksiklikleri tamamen veya kısmen giderilmelidir.

Böylece:

Ortaya çıkan kompozit yeni bir özellik kazanır, en iyi özellikler ve bu nedenle gerçekleştirebilir Ek fonksyonlar(çok işlevli malzeme);

Kompozitin özellikleri, sınır süreçleri dikkate alınmaksızın ayrı ayrı veya birlikte ele alındığında bileşenlerinin özelliklerinden daha iyidir;

Kompozitin bireysel bileşenlerinin eylemleri, faz sınırında meydana gelen süreçler dikkate alınarak her zaman bütünlükleri içinde ortaya çıkar.

Kompozitlerin aktif kullanımı 1970'lerin başında başladı, ancak iki veya daha fazla başlangıç ​​​​malzemesini kompozit bir ortam oluşturan bileşenler olarak kullanma fikri, insanlar malzemelerle uğraşmaya başladığından beri mevcuttu.

Bir kompozit oluşturmanın amacı, başlangıç ​​malzemelerinin her birinde ayrı ayrı bulunmayan özelliklerin bir kombinasyonunu elde etmektir. Böylece kompozit, kendi başına gereksinimleri karşılamayan malzemelerden yapılabilir. Bu gereklilikler fiziksel, kimyasal, teknolojik ve diğer özelliklerle ilgili olabileceğinden kompozit bilimi bir noktadadır. Çeşitli bölgeler bilgi birikimine sahip olup çeşitli uzmanlık alanlarından araştırmacıların katılımını gerektirmektedir.

Geleneksel malzeme seçimi ve yapısal bileşenlerin tasarımı ayrı görevlerdi. Uçak, gemi yapımı ve otomotiv gibi alanlarda kompozitler metallerin ve alaşımların yerini almaya başladıkça, endüstriyel tasarım ve malzeme seçimi birleşti ve aynı sürecin farklı yönleri haline geldi.

Kompozitin yapısal anizotropisinin yanı sıra, izotropik malzemelerin plastik deformasyonu sırasında ortaya çıkan teknolojik anizotropinin ve örneğin kristallerde doğal olan ve kristalin yapısal özellikleriyle ilişkili olan fiziksel anizotropinin de mevcut olduğu belirtilmelidir. kafes.

Elde etme yöntemine göre iki tür kompozit ayırt edilir: yapay ve doğal. Yapay kompozitler, takviye edici bir fazın matris içine yapay olarak sokulması sonucu elde edilen tüm kompozitleri içerirken, doğal kompozitler, ötektik ve benzer bileşime sahip alaşımları içerir. Ötektik kompozitlerde takviye fazı, yönlü kristalizasyon sürecinde doğal olarak oluşan yönlendirilmiş lifli veya katmanlı kristallerdir.

Yeni kompozitler yaratıldıkça “eski” sınıflandırma türleri genişler ve yenileri ortaya çıkabilir.

Manyetik ve manyetoelektrik kompozitlerle ilgili literatürü incelerken, sentezlenen ve üzerinde çalışılan oksitlere dayalı aşağıdaki kompozitleri buldum:

1. "MgFe203-BaTiO3";

2. "BaTiO3 - (Ni, Zn) Fe204";

3. “La 0.67 Ca 0.33 MnO3 -CuFe204”;

4. "(La 0,7 Ca 0,3 MnO3) 1-x / (MgO) x";

5. "La 2/3 Ca 1/3 MnO3 / Si02";

6. "La 0,7 Sr 0,3 MnO3/Ta205".

Teknolojinin gelişim tarihinde iki önemli yön ayırt edilebilir:

• Araçların, yapıların, mekanizmaların ve makinelerin geliştirilmesi,
• malzeme geliştirme.

Hangisinin daha önemli olduğunu söylemek zor çünkü. birbirleriyle oldukça yakından bağlantılıdırlar, ancak malzemelerin geliştirilmesi olmadan teknik ilerleme prensipte imkansızdır. Tarihçilerin erken uygarlık çağlarını ikiye ayırması tesadüf değildir. taş Devri, Tunç Çağı ve Demir Çağı.

İçinde bulunduğumuz 21. yüzyıl, halihazırda kompozit malzemelerin (kompozitlerin) çağına atfedilebilir.

Kompozit malzeme kavramı son 20. yüzyılın ortalarında oluşmuştur. Ancak kompozitler kesinlikle yeni bir olgu değil, yalnızca malzeme bilimcileri tarafından formüle edilen yeni bir terimdir. daha iyi anlama Modern yapı malzemelerinin doğuşu.

Kompozit malzemeler yüzyıllardır bilinmektedir. Örneğin, Babil'de evlerin yapımında kili güçlendirmek için kamışlar kullanılmıştı ve eski Mısırlılar da kıyılmış samanları eklemişlerdi. kil tuğlaları. Antik Yunan'da saray ve tapınakların inşası sırasında mermer sütunlar demir çubuklarla güçlendirilirdi. 1555-1560'da Rus mimarlar Barma ve Postnik, Moskova'daki Aziz Basil Katedrali'ni inşa ederken demir şeritlerle güçlendirilmiş taş levhalar kullandılar. Betonarme ve şam çelikleri, modern kompozit malzemelerin doğrudan öncülleri olarak adlandırılabilir.

Kompozit malzemelerin doğal analogları vardır - ahşap, kemikler, kabuklar vb. birçok türde doğal mineraller aslında kompozitlerdir. Sadece dayanıklı değil aynı zamanda mükemmel dekoratif özelliklere de sahiptirler.

Kompozit malzemeler- plastik bir tabandan - bir matristen ve güçlendirme ve diğer bazı roller oynayan dolgulardan oluşan çok bileşenli malzemeler. Kompozitin fazları (bileşenleri) arasında bir faz sınırı vardır.

Farklı maddelerin kombinasyonu, özellikleri, bileşenlerinin her birinin özelliklerinden önemli ölçüde farklı olan yeni bir malzemenin oluşturulmasına yol açar. Onlar. bir kompozit malzemenin işareti, kompozitin kurucu elemanlarının gözle görülür bir karşılıklı etkisidir, yani; onların yeni niteliği, etkisi.

Matris ve dolgu maddesinin bileşimini değiştirerek, oranlarını, özel ek reaktifler vb. kullanarak, gerekli özelliklere sahip geniş bir malzeme yelpazesi elde edilir.

Büyük önem kompozit malzeme elemanlarının yönlerde olduğu gibi düzenlenmesi etkili yükler ve birbirleriyle ilişkili olarak, yani. düzenlilik. Yüksek mukavemetli kompozitler kural olarak oldukça düzenli bir yapıya sahiptir.

Basit bir örnek. Bir kovaya atılan bir avuç talaş çimento harcıözelliklerini hiçbir şekilde etkilemeyecektir. Çözeltinin yarısı talaşla değiştirilirse malzemenin yoğunluğu, termofiziksel sabitleri, üretim maliyetleri ve diğer göstergeler önemli ölçüde değişecektir. Ancak bir avuç polipropilen elyaf betonu darbelere ve aşınmaya karşı dayanıklı hale getirecek ve yarım kova elyaf ona mineral malzemelerin hiç özelliği olmayan esneklik sağlayacaktır.

Şu anda, kompozit malzemeler (kompozitler) alanında çeşitli malzemelerin dahil edilmesi gelenekseldir. yapay malzemeler Teknolojinin ve endüstrinin çeşitli dallarında geliştirilen ve uygulanan, toplantı Genel İlkeler kompozit malzemelerin oluşturulması

Şu anda neden kompozit malzemelere ilgi var? Çünkü geleneksel malzemeler artık modern mühendislik uygulamalarının ihtiyaçlarını her zaman veya tam olarak karşılamıyor.

Kompozit malzemelerdeki matrisler metaller, polimerler, çimentolar ve seramiklerdir. Dolgu maddesi olarak çok çeşitli yapay ve doğal maddeler kullanılmaktadır. çeşitli formlar(büyük boyutlu, tabaka halinde, lifli, dağılmış, ince dağılmış, mikro dağılmış, nanopartiküller).

Aşağıdakileri içeren çok bileşenli kompozit malzemeler de bilinmektedir:

• polimatris, birkaç matrisin tek bir kompozit malzemede birleştirildiği zaman,
• Her biri kendi rolüne sahip olan birkaç farklı dolgu maddesi içeren hibrit.

Dolgu maddesi, kural olarak, kompozitin mukavemetini, sertliğini ve deforme edilebilirliğini belirlerken, matris, sağlamlığını, stres transferini ve çeşitli dış etkenlere karşı direncini sağlar.

Belirgin dekoratif özelliklere sahip dekoratif kompozit malzemeler tarafından özel bir yer işgal edilmiştir.

Radyo geçirgen malzemeler ve radyo emici malzemeler, yörüngesel uzay aracının termal korumasına yönelik malzemeler, düşük doğrusal termal genleşme katsayısına ve yüksek spesifik elastikiyet modülüne sahip malzemeler ve diğerleri gibi özel özelliklere sahip kompozit malzemeler geliştirilmektedir.

Kompozit malzemeler bilimin, teknolojinin, endüstrinin her alanında kullanılmaktadır. konut, endüstriyel ve özel inşaat, genel ve özel makine imalatı, metalurji, kimya endüstrisi, enerji, elektronik, Ev aletleri, giysi ve ayakkabı üretimi, tıp, spor, sanat vb.

Kompozit malzemelerin yapısı.

Mekanik yapıya göre kompozitler birkaç ana sınıfa ayrılır: lifli, katmanlı, dispersiyonla güçlendirilmiş, parçacıkla güçlendirilmiş ve nanokompozitler.

Lifli kompozitler lifler veya bıyıklarla güçlendirilir. Bu tip kompozitlerde az miktarda dolgu maddesi bile önemli bir iyileşmeye yol açar Mekanik özellikler malzeme. Malzeme özellikleri aynı zamanda liflerin boyutunun ve konsantrasyonunun yönelimi değiştirilerek geniş ölçüde değiştirilebilir.

Lamine kompozit malzemelerde matris ve dolgu maddesi, örneğin triplekslerde, kontrplakta, yapıştırılmış ahşap yapılarda ve laminatlarda olduğu gibi katmanlar halinde düzenlenir.

Diğer kompozit malzeme sınıflarının mikro yapısı, matrisin takviye edici parçacıklarla doldurulması ve parçacık boyutlarının farklı olmasıyla karakterize edilir. Parçacıklarla güçlendirilmiş kompozitlerde boyutları 1 mikrondan büyüktür ve içerikleri (hacimce) %20-25'tir; dispersiyonla güçlendirilmiş kompozitler ise boyutları 0,01 ile 15 arasında değişen (hacimce) %1 ila 15 arasında parçacık içerir. 0,1 µm. Nanokompozitleri oluşturan parçacıkların boyutları daha da küçüktür ve 10-100 nm arasındadır.

Bazı yaygın kompozitler

betonlar- en yaygın kompozit malzemeler. Şu anda, bileşim ve özellikler bakımından farklılık gösteren çok çeşitli betonlar üretilmektedir. Modern betonlar hem geleneksel çimento matrisleri hem de polimerik matrisler (epoksi, polyester, fenol-formaldehit, akrilik vb.) Üzerinde üretilmektedir. Modern yüksek performanslı betonlar dayanıklılık açısından metallere yakındır. Dekoratif beton popüler hale geliyor.

Organoplasti- organik sentetik dolgu maddelerinin kullanıldığı kompozitler, daha az sıklıkla demetler, iplikler, kumaşlar, kağıt vb. şeklindeki doğal ve yapay lifler. Termoset organoplastiklerde, kural olarak, epoksi, polyester ve fenolik reçinelerin yanı sıra poliimidler bir matris görevi görür. Organoplastiklerin yoğunluğu düşüktür, cam ve karbon fiber plastiklerden daha hafiftir ve nispeten yüksek bir gerilme mukavemetine sahiptir; yüksek darbe dayanımı ve dinamik yükler fakat aynı zamanda düşük basınç ve eğilme mukavemeti. En yaygın organoplastikler ahşap kompozit malzemelerdir. Üretim açısından organoplastikler çelik, alüminyum ve plastiklerden üstündür.

Yabancı edebiyatta Son zamanlarda yeni terimler popüler hale geliyor - biyopolimerler, biyoplastikler ve buna bağlı olarak biyokompozitler.

Ahşap kompozit malzemeler. En yaygın ahşap kompozitler arasında arbolitler, ksilolitler, çimento parçacıklı levhalar, yapıştırılmış malzemeler bulunur. ahşap yapılar, kontrplak ve bükülmüş yapıştırılmış parçalar, ahşap bazlı plastikler, sunta ve lif levhalar ve kirişler, ahşap presleri ve pres tozları, termoplastik ahşap-polimer kompozitleri.

fiberglas- erimiş inorganik camdan kalıplanmış, cam elyaflarla güçlendirilmiş polimer kompozit malzemeler. Matris olarak hem ısıyla sertleşen sentetik reçineler (fenolik, epoksi, polyester vb.) hem de termoplastik polimerler (poliamidler, polietilen, polistiren vb.) en sık kullanılır. Fiberglas yüksek mukavemete, düşük ısı iletkenliğine, yüksek elektrik yalıtım özelliklerine sahiptir, ayrıca radyo dalgalarına karşı şeffaftır. lamine malzeme Cam elyafından dokunmuş bir kumaşın dolgu maddesi olarak kullanıldığı kumaşa fiberglas denir.

CFRP- bu polimer kompozitlerdeki dolgu maddesi karbon fiberlerdir. Karbon elyafları, selüloz, akrilonitril kopolimerleri, petrol ve kömür katranı ziftleri vb. bazlı sentetik ve doğal elyaflardan elde edilir. Karbon fiberdeki matrisler hem termoset hem de termoplastik polimerler olabilir. Karbon fiber takviyeli plastiklerin fiberglasla karşılaştırıldığında temel avantajları, düşük yoğunlukları ve daha yüksek elastikiyet modülleridir; karbon fiber takviyeli plastikler çok hafif ve aynı zamanda dayanıklı malzemelerdir.

Karbon fiberler ve bir karbon matrisi temelinde, inert veya indirgeyici ortamlarda uzun süre 3000 ° C'ye kadar sıcaklıklara dayanabilen, ısıya en dayanıklı kompozit malzemeler (karbon fiber plastikler) olan kompozit karbon-grafit malzemeler oluşturulur.

boroplasti- ısıyla sertleşen bir polimer matris içine gömülmüş dolgu maddesi olarak bor lifleri içeren kompozit malzemeler; lifler ya monofilamentler biçiminde ya da yardımcı bir cam ipliğiyle örülmüş demetler ya da bor ipliklerinin diğer ipliklerle iç içe geçtiği bantlar biçiminde olabilir . Borlu plastiklerin kullanımı sınırlıdır yüksek fiyat bor elyaflarının üretimi, bu nedenle esas olarak havacılık ve uzay teknolojisinde agresif ortamlarda uzun süreli yüklere maruz kalan parçalarda kullanılır.

Pres tozları (pres kütleleri). 10.000'den fazla dolgulu polimer sınıfı bilinmektedir. Dolgu maddeleri hem malzemenin maliyetini düşürmek hem de ona özel özellikler kazandırmak için kullanılır. Dolgulu polimer ilk olarak 20. yüzyılın başında keşfeden Dr. Baekeland (Leo H. Baekeland, ABD) tarafından üretildi. fenol formaldehit (bakalit) reçinesinin sentezi için yöntem. Bu reçine kendi başına düşük mukavemetli, kırılgan bir maddedir. Baekeland, reçineye sertleşmeden önce liflerin, özellikle de odun ununun eklenmesinin, mukavemetini arttırdığını buldu. Yarattığı malzeme - bakalit - büyük popülerlik kazandı. Hazırlama teknolojisi basittir: kısmen kürlenmiş polimer ve dolgu maddesi - pres tozu - karışımı, basınç altında kalıpta geri dönülemez şekilde sertleşir. Bu teknoloji kullanılarak 1916 yılında üretilen ilk seri ürün, bir Rolls-Royce otomobilinin vites topuzudur. Dolgulu termoset polimerler en çok yaygın olarak kullanılır. farklı bölgeler teknoloji. Termoset ve termoplastik polimerleri doldurmak için çeşitli dolgu maddeleri kullanılır - odun unu, kaolin, tebeşir, talk, mika, kurum, cam elyafı, bazalt elyaf vb.

Textolitler- çeşitli elyaflardan yapılmış kumaşlarla güçlendirilmiş lamine plastikler. Tekstolit üretme teknolojisi 1920'lerde geliştirildi. fenol-formaldehit reçinesine dayalıdır. Kumaş kumaşlar reçine ile emprenye edilir, daha sonra yüksek sıcaklıkta preslenerek tektolit plakalar veya şekillendirilmiş ürünler elde edilir. Tekstolitlerdeki bağlayıcılar çok çeşitli termoset ve termoplastik polimerler ve bazen silikat ve fosfat bazlı inorganik bağlayıcılardır. Dolgu maddesi olarak çok çeşitli elyaflardan kumaşlar kullanılır - pamuk, sentetik, cam, karbon, asbest, bazalt vb. Buna göre, tekstolitlerin özellikleri ve uygulamaları çeşitlidir.

Metal matrisli kompozit malzemeler. Metal bazlı kompozitler oluşturulurken matris olarak alüminyum, magnezyum, nikel, bakır vb. kullanılır. Dolgu maddesi, yüksek mukavemetli elyaflar, çeşitli inceliklerdeki refrakter parçacıklar, alüminyum oksit, berilyum oksit, bor ve silisyum karbürler, alüminyum ve silisyum nitrürlerin vb. tekli kristalleridir. 0,3-15 mm uzunluğunda ve 1-30 µm çapındadır.

Metal matrisli kompozit malzemelerin geleneksel (takviyesiz) metale göre başlıca avantajları şunlardır: artan güç, artan sertlik, artan aşınma direnci, artan sürünme direnci.

Seramik bazlı kompozit malzemeler. Güçlendirme seramik malzemeler elyafların yanı sıra metal ve seramik dağılmış parçacıkları, yüksek mukavemetli kompozitlerin elde edilmesini mümkün kılar, ancak seramiklerin güçlendirilmesi için uygun elyaf aralığı, başlangıç ​​malzemesinin özellikleriyle sınırlıdır. Metal lifler sıklıkla kullanılır. Çekme direnci biraz artar, ancak termal şoklara karşı direnç artar - malzeme ısıtıldığında daha az çatlar, ancak malzemenin mukavemetinin düştüğü durumlar vardır. Matrisin ve dolgu maddesinin termal genleşme katsayılarının oranına bağlıdır.

Seramiklerin dağınık metal parçacıklarıyla güçlendirilmesi, dayanıklılığı arttırılmış, termal şoklara karşı direnci ve termal iletkenliği arttırılmış yeni malzemelerin (sermetlerin) üretilmesine yol açar. Yüksek sıcaklık sermetleri gaz türbinleri için parçalar, elektrikli fırınlar için bağlantı parçaları, roket ve jet teknolojisi için parçalar yapmak için kullanılır. Sert aşınmaya dayanıklı sermetler yapmak için kullanılır kesme aletleri ve ayrıntılar. Ayrıca sermetler de kullanılmaktadır. özel alanlar teknikler, nükleer reaktörlerin uranyum oksit bazlı yakıt elemanları, frenleme cihazları için sürtünme malzemeleri vb.'dir.

Operasyonel ve teknolojik özelliklerini belirleyen çeşitli bileşenlere dayanan malzemeler. Kompozitler metal, polimer veya seramik bazlı bir matrise dayanır. Ek takviye, elyaf, bıyık ve çeşitli parçacıklar formundaki dolgu maddeleri ile gerçekleştirilir.

Kompozitler gelecek mi?

Plastisite, dayanıklılık, geniş uygulama alanı - modern kompozit malzemeleri ayıran şey budur. Üretim açısından ne durumda? Bu malzemeler metalik veya metalik olmayan bir tabandan oluşur. Malzemeyi güçlendirmek için daha güçlü pullar kullanılır. Bunlar arasında bor, karbon, cam elyafı veya alüminyumla güçlendirilmiş, çelik veya berilyum filamentlerle güçlendirilmiş plastik bulunmaktadır. Bileşenlerin içeriğini birleştirirseniz, farklı mukavemet, elastikiyet ve aşındırıcılara karşı dirençli kompozitler elde edebilirsiniz.

Ana türler

Kompozitlerin sınıflandırılması metalik veya metalik olmayan matrislerine göre yapılır. Alüminyum, magnezyum, nikel ve bunların alaşımlarına dayanan metal matrisli malzemeler, aşağıdakiler nedeniyle ek güç kazanır: lifli malzemeler veya baz metalde çözünmeyen refrakter parçacıklar.

Metalik olmayan matrisli kompozitler polimer, karbon veya seramik bazlıdır. Polimer matrisler arasında en popüler olanları epoksi, poliamid ve fenol-formaldehittir. Bileşimin şekli, bir tür bağlayıcı görevi gören matris tarafından verilmektedir. Malzemeleri güçlendirmek için lifler, kıtıklar, iplikler, çok katmanlı kumaşlar kullanılır.

Kompozit malzemelerin üretimi aşağıdaki teknolojik yöntemlere dayanmaktadır:

• takviye edici liflerin matris malzemesi ile emprenye edilmesi;
• takviye bantlarının ve matrisin kalıpta kalıplanması;
• daha fazla sinterleme ile bileşenlerin soğuk preslenmesi;
• elyafların elektrokimyasal kaplanması ve daha fazla preslenmesi;
• matrisin plazma püskürtme ve ardından sıkıştırma yoluyla biriktirilmesi.

Hangi sertleştirici?

Kompozit malzemeler birçok endüstride uygulama alanı bulmuştur. Ne olduğunu zaten söyledik. mutlaka özel lifler veya kristallerle güçlendirilmiş çeşitli bileşenlere dayanmaktadır. Kompozitlerin mukavemeti aynı zamanda fiberlerin mukavemetine ve elastikiyetine de bağlıdır. Sertleştiricinin türüne bağlı olarak tüm kompozitler bölünebilir:

• fiberglas üzerinde;
• karbon fiberli karbon fiberler;
• bor lifleri;
• organ lifleri.

Güçlendirme malzemeleri iki, üç, dört veya daha fazla iplik halinde istiflenebilir; ne kadar çok iplik varsa, kompozit malzemeler o kadar güçlü ve güvenilir olacaktır.

ahşap kompozitler

Ayrı olarak ahşap kompozitten bahsetmeye değer. Hammaddelerin birleştirilmesiyle elde edilir farklı tip, ana bileşen olarak ahşap. Her ahşap-polimer kompoziti üç unsurdan oluşur:

• ezilmiş odun parçacıkları;
• termoplastik polimer (PVC, polietilen, polipropilen);
• değiştiriciler şeklinde bir kimyasal katkı kompleksi - bunlar malzemenin bileşiminde% 5'e kadardır.

En popüler ahşap kompozit türü kompozit levhadır. Benzersizliği, hem ahşabın hem de polimerlerin özelliklerini birleştirmesinde yatmaktadır ve bu da uygulama kapsamını önemli ölçüde genişletmektedir. Bu nedenle, tahta yoğunluğu (göstergesi baz reçinesinden ve ahşap parçacıklarının yoğunluğundan etkilenir), bükülmeye karşı iyi direnci ile ayırt edilir. Aynı zamanda malzeme çevre dostudur, dokuyu, rengi ve aromayı korur. doğal ahşap. Kompozit levhaların kullanımı kesinlikle güvenlidir. Vadesi dolmuş polimer katkı maddeleri kompozit levha satın aldı yüksek seviye aşınma direnci ve nem direnci. Terasların bitirilmesinde kullanılabilir, Bahçe yollarıçok yüklü olsalar bile.

Üretim özellikleri

Ahşap kompozitler aşağıdaki kombinasyonlardan dolayı özel bir yapıya sahiptir: polimer bazlı ahşap ile. Bu tip malzemeler arasında farklı yoğunluktaki suntalar, yönlendirilmiş talaşlardan yapılmış levhalar ve ahşap-polimer kompoziti not edilebilir. Bu tip kompozit malzemelerin üretimi birkaç aşamada gerçekleştirilir:

1. Odun parçalanır. Bunun için kırıcılar kullanılır. Ezildikten sonra odun elenir ve parçalara ayrılır. Hammaddenin nem oranı %15'in üzerinde ise kurutulmalıdır.
2. Ana bileşenler belirli oranlarda dozlanır ve karıştırılır.
3. Bitmiş ürün bir sunum elde etmek için preslenir ve formatlanır.

Temel özellikleri

En popüler polimer kompozit malzemeleri anlattık. Artık ne olduğu açık. Katmanlı yapı sayesinde her katmanı paralel sürekli liflerle güçlendirmek mümkündür. Modern kompozitlerin farklılık gösteren özelliklerinden ayrı ayrı bahsetmeye değer:

• geçici direnç ve dayanıklılık sınırının yüksek değeri;
• yüksek düzeyde esneklik;
• katmanların güçlendirilmesiyle elde edilen mukavemet;
• Sert takviye fiberleri nedeniyle kompozitler çekme gerilmelerine karşı oldukça dayanıklıdır.

Metal bazlı kompozitler yüksek mukavemet ve ısı direnci ile karakterize edilirken pratik olarak elastik değildirler. Liflerin yapısından dolayı bazen matriste oluşan çatlakların yayılma hızı azalır.

Polimer malzemeler

Polimer kompozitler, kullanımları için büyük fırsatlar yaratan çeşitli seçeneklerle sunulmaktadır. farklı bölgeler diş hekimliğinden havacılık ekipmanlarının üretimine kadar geniş bir yelpazede faaliyet göstermektedir. Polimer bazlı kompozitler farklı maddelerle doldurulur.

En umut verici kullanım alanları inşaat, petrol ve gaz endüstrisi, karayolu ve demiryolu taşımacılığı üretimi olarak düşünülebilir. Polimer kompozit malzemelerin kullanımının yaklaşık %60'ını bu endüstriler oluşturmaktadır.

Polimer kompozitlerin korozyona karşı yüksek direnci nedeniyle kalıplamayla elde edilen ürünlerin düzgün ve yoğun yüzeyi, son ürünün güvenilirliğini ve dayanıklılığını arttırır.

Popüler türleri göz önünde bulundurun

fiberglas

Bu kompozit malzemeleri güçlendirmek için erimiş inorganik camdan oluşturulan cam elyafları kullanılır. Matris, yüksek mukavemet, düşük ısı iletkenliği ve yüksek elektrik yalıtım özellikleri ile ayırt edilen, termoset sentetik reçinelere ve termoplastik polimerlere dayanmaktadır. Başlangıçta kubbeli yapılar şeklinde anten radomlarının üretiminde kullanıldılar. Modern dünyada fiberglas yaygın olarak kullanılmaktadır. Yapı sektörü, gemi yapımı, ev aletleri ve spor malzemeleri üretimi, radyo elektroniği.

Çoğu durumda fiberglas püskürtme yöntemiyle üretilir. Bu yöntem özellikle küçük ve orta ölçekli üretimde, örneğin tekne gövdeleri, tekneler, araç kabinleri, demiryolu vagonları. Püskürtme teknolojisi cam malzemenin kesilmesini gerektirmediği için kullanışlıdır.

CFRP

Polimer bazlı kompozit malzemelerin özellikleri, bunların çeşitli alanlarda kullanılmasını mümkün kılmaktadır. Selüloz bazlı sentetik ve doğal elyaflardan elde edilen karbon elyaflarını dolgu maddesi olarak kullanırlar. Fiber birkaç aşamada termal olarak işlenir. Fiberglas ile karşılaştırıldığında, karbon fiber, malzemenin daha düşük yoğunluğu ve daha yüksek hafifliği ve mukavemeti ile karakterize edilir. Karbon plastiklerin benzersiz operasyonel özellikleri nedeniyle makine mühendisliğinde ve roket yapımında, uzay ve tıbbi ekipman üretiminde, bisiklet ve spor malzemeleri üretiminde kullanılmaktadır.

boroplasti

Bunlar, ısıyla sertleşen bir polimer matrisine eklenen bor liflerine dayanan çok bileşenli malzemelerdir. Liflerin kendisi, yardımcı bir cam iplikle örülmüş monofilamentler, demetler ile temsil edilir. İpliklerin yüksek sertliği, malzemenin agresif faktörlere karşı sağlamlığını ve direncini sağlar, ancak aynı zamanda boroplastikler kırılgandır ve bu da işlemeyi zorlaştırır. Bor elyafları pahalı olduğundan bor plastiklerinin kapsamı esas olarak havacılık ve uzay endüstrileriyle sınırlıdır.

Organoplasti

Bu kompozitlerde esas olarak sentetik elyaflar dolgu maddesi görevi görür - kıtıklar, iplikler, kumaşlar, kağıt. Bu polimerlerin özel özellikleri arasında düşük yoğunluk, cam ve karbon elyaf takviyeli plastiklere göre hafiflik, yüksek çekme mukavemeti, darbe ve dinamik yüklere karşı yüksek direnç sayılabilir. Bu kompozit malzeme Makine mühendisliği, gemi yapımı, otomotiv endüstrisi, uzay teknolojisi üretiminde, kimya mühendisliği gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Verimlilik nedir?

Kompozit malzemeler nedeniyle benzersiz kompozisyonçeşitli alanlarda kullanılabilir:

• havacılıkta uçak ve motor parçaları üretiminde;
• ısıtılan araçların taşıyıcı yapılarının üretimi için uzay teknolojisi;
• hafif gövdeler, çerçeveler, paneller, tamponlar oluşturmak için otomotiv endüstrisi;
• sondaj aletlerinin üretiminde madencilik endüstrisi;
• köprü açıklıklarının oluşturulması için inşaat mühendisliği, yüksek binalarda prefabrik yapı elemanları.

Kompozit kullanımı, makine ve ekipmanların ağırlığını azaltırken motorların, enerji santrallerinin gücünün arttırılmasına olanak tanır.

Beklentiler neler?

Rus endüstrisinin temsilcilerine göre kompozit malzeme yeni neslin malzemelerine ait. 2020 yılına kadar kompozit sanayi ürünlerinin yerli üretim hacimlerinin artması planlanıyor. Ülkede yeni nesil kompozit malzemelerin geliştirilmesine yönelik pilot projeler halihazırda uygulanıyor.

Kompozitlerin kullanımı çeşitli alanlarda uygundur, ancak en çok ilgili endüstrilerde etkilidir. yüksek teknoloji. Mesela bugün hiçbiri uçak kompozit kullanılmadan oluşturulmaz ve bazıları yaklaşık %60 oranında polimer kompozit kullanır.

Çeşitli takviye elemanlarını ve matrislerini birleştirme olasılığı nedeniyle, belirli özelliklere sahip bir bileşim elde etmek mümkündür. Bu da bu malzemelerin çok çeşitli alanlarda kullanılmasını mümkün kılıyor.