Úvod. 2

1. Obecná informace o kompozitních materiálech.. 3

2. Složení a struktura kompozitu.. 5

3. Hodnocení matrice a zpevňovače při tvorbě vlastností kompozitu.. 10

3.1. Kompozitní materiály s kovovou matricí 10

3.2. Kompozitní materiály s nekovovou matricí 10

4. Konstrukční materiály - kompozity.. 12

4.1. Polymery ve stavebnictví. 12

4.2. Kompozity a beton... 16

4.3. Hliníkové kompozitní panely.. 19

Závěr. 23

Seznam použité literatury... 24

Úvod

Na začátku 21. století se lidé ptají na budoucí stavební materiály. Rychlý rozvoj vědy a techniky ztěžuje předpovědi: před čtyřmi desetiletími se polymerní stavební materiály široce nepoužívaly a o moderních „skutečných“ kompozitech věděl jen úzký okruh odborníků. Lze však předpokládat, že hlavními stavebními materiály budou také kov, beton a železobeton, keramika, sklo, dřevo a polymery. Konstrukční materiály budou vytvořeny za použití stejných surovin, ale za použití nových složení součástí a technologických metod, které poskytnou vyšší kvalitu výkonu, a tedy i odolnost a spolehlivost. Dojde k maximálnímu využití odpadů z různých průmyslových odvětví, použitých výrobků, místního a domovního odpadu. Stavební materiály budou vybírány podle ekologických kritérií a jejich výroba bude založena na bezodpadových technologiích.

Již nyní existuje množství značek pro dokončovací, izolační a další materiály, které se v zásadě liší pouze složením a technologií. Tento tok nových materiálů se zvýší a jejich výkonnostní vlastnosti se zlepší s ohledem na drsné klimatické podmínky a úsporu energetických zdrojů v Rusku.

1. Obecné informace o kompozitních materiálech

Kompozitní materiál je heterogenní souvislý materiál skládající se ze dvou nebo více složek, mezi nimiž můžeme rozlišit výztužné prvky, které zajišťují potřebné mechanické vlastnosti materiálu, a matrici (nebo pojivo), která zajišťuje pracovat spolu výztužné prvky.

Mechanické chování kompozitu je určeno vztahem mezi vlastnostmi výztužných prvků a matrice a také pevností vazby mezi nimi. Účinnost a výkon materiálu závisí na správná volba originální komponenty a technologie jejich kombinace, navržená tak, aby zajistila pevné spojení mezi komponenty při zachování jejich původních vlastností.

V důsledku kombinace výztužných prvků a matrice vzniká komplex vlastností kompozitu, který odráží nejen výchozí vlastnosti jeho složek, ale zahrnuje i vlastnosti, které izolované složky nemají. Zejména přítomnost rozhraní mezi výztužnými prvky a matricí výrazně zvyšuje odolnost materiálu proti praskání a u kompozitů na rozdíl od kovů nevede zvýšení statické pevnosti ke snížení, ale zpravidla k zvýšení charakteristik lomové houževnatosti.

vysoká měrná pevnost

vysoká tuhost (modul pružnosti 130…140 GPa)

vysoká odolnost proti opotřebení

vysoká únavová pevnost

Z CM je možné vyrábět rozměrově stálé konstrukce

Kromě toho mohou mít různé třídy kompozitů jednu nebo více výhod. Některé výhody nelze dosáhnout současně.

Nevýhody kompozitních materiálů

Většina tříd kompozitů (ale ne všechny) má nevýhody:

vysoká cena

anizotropie vlastností

zvýšená znalostní náročnost výroby, potřeba speciálních drahých zařízení a surovin, a proto rozvinutá průmyslová výroba a vědecká základna země

2. Složení a struktura kompozitu

Kompozity jsou vícesložkové materiály skládající se z polymeru, kovu, uhlíku, keramiky nebo jiné báze (matrice), vyztužené plnivy z vláken, whiskery, jemnými částicemi apod. Volbou složení a vlastností plniva a matrice (pojiva) se dosáhne toho, že plnivo se naplní vlákny. jejich poměrem, orientací plniva je možné získat materiály s požadovanou kombinací provozních a technologických vlastností. Použití více matric (polymatricové kompozitní materiály) nebo plniv různé povahy (hybridní kompozitní materiály) v jednom materiálu výrazně rozšiřuje možnosti regulace vlastností kompozitních materiálů. Výztužná plniva absorbují hlavní podíl zatížení kompozitních materiálů.

Podle struktury plniva se kompozitní materiály dělí na vláknité (vyztužené vlákny a vousy), vrstvené (vyztužené fóliemi, deskami, vrstvenými plnivy), disperzně vyztužené nebo disperzně zpevněné (s plnivem ve formě jemných částic). ). Matrice v kompozitních materiálech zajišťuje pevnost materiálu, přenos a rozložení napětí v plnivu, určuje teplo, vlhkost, oheň a chemikálie. trvanlivost.

Podle povahy materiálu matrice se rozlišují polymerní, kovové, uhlíkové, keramické a další kompozity.

Kompozitní materiály vyztužené vysokopevnostními a vysokomodulovými nekonečnými vlákny se nejvíce používají ve stavebnictví a technologii. Patří sem: polymerní kompozitní materiály na bázi termosetů (epoxidové, polyesterové, fenolformalové, polyamidové aj.) a termoplastických pojiv, vyztužené sklem (sklolaminát), uhlíkem (uhlíkové vlákno), org. (organoplasty), bór (boroplasty) a jiná vlákna; kovový kompozitní materiály na bázi slitin Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Cr, vyztužené vlákny boru, uhlíku nebo karbidu křemíku, dále ocelový, molybdenový nebo wolframový drát;

Kompozitní materiály na bázi uhlíku vyztužené uhlíkovými vlákny (uhlík-uhlíkové materiály); kompozitní materiály na bázi keramiky vyztužené uhlíkem, karbidem křemíku a dalšími žáruvzdornými vlákny a SiC. Při použití uhlíkových, skleněných, aramidových a borových vláken obsažených v materiálu v množství 50-70% vznikaly kompozice (viz tabulka) nárazově. pevnost a modul pružnosti 2-5krát větší než u běžných konstrukčních materiálů a slitin. Kromě toho jsou vláknité kompozitní materiály lepší než kovy a slitiny v únavové pevnosti, tepelné odolnosti, odolnosti proti vibracím, pohlcování hluku, rázové houževnatosti a dalších vlastnostech. Vyztužení Al slitin borovými vlákny tak výrazně zlepšuje jejich mechanické vlastnosti a umožňuje zvýšit provozní teplotu slitiny z 250-300 na 450-500 °C. Vyztužení drátem (z W a Mo) a vlákny žáruvzdorných směsí se používá k vytvoření tepelně odolných kompozitních materiálů na bázi Ni, Cr, Co, Ti a jejich slitin. Tepelně odolné slitiny Ni vyztužené vlákny tak mohou pracovat při 1300-1350 °C. Při výrobě kompozitních materiálů z kovových vláken se nanášení kovové matrice na plnivo provádí převážně z taveniny materiálu matrice, elektrochemickým nanášením nebo naprašováním. Lisování výrobků provádí Ch. arr. impregnací rámu z výztužných vláken roztaveným kovem pod tlakem do 10 MPa nebo spojením fólie (materiálu matrice) s výztužnými vlákny pomocí válcování, lisování, vytlačování za tepla. na teplotu tání materiálu matrice.

Jedna z běžných technologických metod výroby polymerních a kovových materiálů. vláknité a vrstvené kompozitní materiály - rostoucí krystaly plniva v matrici přímo během výrobního procesu dílů. Tato metoda se používá například při vytváření eutektik. žáruvzdorné slitiny na bázi Ni a Co. Legování tavenin karbidem a intermetalické. sloučenin, které při řízeném chlazení tvoří vláknité nebo deskovité krystaly, vede ke zpevnění slitin a umožňuje zvýšit jejich provozní teplotu o 60-80 oC. kompozitní materiály na bázi uhlíku kombinují nízkou hustotu s vysokou tepelnou vodivostí, chemické. trvanlivost, stálost rozměrů při náhlých změnách teploty, jakož i při zvýšení pevnosti a modulu pružnosti při zahřátí na 2000 ° C v inertním prostředí. Způsoby výroby kompozitních materiálů uhlík-uhlík viz Uhlíkové plasty. Vysokopevnostní kompozitní materiály na bázi keramiky se získávají vyztužením vláknitými plnivy, ale i kovovými. a keramické rozptýlené částice. Vyztužení spojitými SiC vlákny umožňuje získat kompozitní materiály vyznačující se vyšší houževnatost, pevnost v ohybu a vysoká odolnost proti oxidaci při vysoká prsa . Zpevňování keramiky vlákny k tomu ale vždy nevede. zvýšení jeho pevnostních vlastností v důsledku nedostatku elastického stavu materiálu při vysoké hodnotě jeho modulu pružnosti. Vyztužení rozptýlenou metalízou částice umožňuje vytvářet keramicko-kovové. materiály (cermety) s vyš pevnost, tepelná vodivost, odolnost proti tepelnému šoku. Při výrobě keramiky Kompozitní materiály se obvykle používají lisováním za tepla, lisováním posledním. slinování, lití skluzu (viz také Keramika). Zpevňování materiálů disperzními kovovými materiály. částice vede k prudkému nárůstu pevnosti v důsledku vytváření bariér pro pohyb dislokací. Takové zesílení ch. arr. používá se při výrobě žáruvzdorných chromniklových slitin. Materiály se získávají zaváděním jemných částic do roztaveného kovu s poslední. konvenční zpracování ingotů na výrobky. Zavedení například ThO2 nebo ZrO2 do slitiny umožňuje získat disperzně zpevněné žáruvzdorné slitiny, které dlouhodobě fungují při zatížení při 1100-1200 °C (výkonový limit konvenčních žáruvzdorných slitin pod stejné podmínky jsou 1000-1050 °C). Slibným směrem pro vytváření vysokopevnostních kompozitních materiálů je vyztužování materiálů vousy (whiskery), které jsou díky svému malému průměru prakticky bez defektů nacházejících se u větších krystalů a mají vysokou pevnost. max. praktický Zajímavé jsou krystaly Al2O3, BeO, SiC, B4C, Si3N4, AlN a grafitu o průměru 1-30 mikronů a délce 0,3-15 mm. Taková plniva se používají ve formě orientované příze nebo izotropních vrstvených materiálů, jako je papír, lepenka a plsť. kompozitní materiály na bázi epoxidové matrice a ThO2 whiskerů (30 % hm.) mají pevnost 0,6 GPa a modul pružnosti 70 GPa. Zavedení whiskerových krystalů do kompozice může poskytnout neobvyklé kombinace elektrických vlastností. a mag. Svatý. Volba a účel kompozitních materiálů jsou do značné míry určovány podmínkami zatížení a provozem součásti nebo konstrukce, technol. možnosti. max. polymerní kompozitní materiály jsou dostupné a zvládnuté Široká škála matric ve formě termosetů a termoplastů. polymery poskytuje široký výběr kompozitních materiálů pro práci od negativních. teplota do 100-200°C - pro organoplasty, do 300-400°C - pro sklo, uhlík a borové plasty. Polymerní kompozitní materiály s polyesterovou a epoxidovou matricí pracují do 120-200 °C, s fenolformaldehydem - do 200-300 °C, polyimidem a silikonem. - do 250-400°C. Kovový kompozitní materiály na bázi Al, Mg a jejich slitin, vyztužené vlákny z B, C, SiC, se používají do 400-500 °C; kompozitní materiály na bázi slitin Ni a Co pracují při teplotách do 1100-1200 °C, na bázi žáruvzdorných kovů a sloučenin. - do 1500-1700°C, na bázi uhlíku a keramiky - do 1700-2000°C. Použití kompozitů jako konstrukčních, tepelně ochranných, protitřecích, rádiových a elektrických zařízení. a další materiály umožňují snížit hmotnost konstrukce, zvýšit zdroje a výkon strojů a jednotek a vytvořit zásadně nové jednotky, díly a konstrukce. Všechny typy kompozitních materiálů se používají v chemickém, textilním, těžebním a hutním průmyslu. průmysl, strojírenství, doprava, pro výrobu sportovních potřeb atd.

Seznamuje čtenáře s kompozity na bázi kovu a keramickými kompozitními materiály. Hovoří také o hlavních aplikacích kompozitů.

• Organoplasty s organickými vlákny přírodního a umělého původu. Lehčí než sklo a uhlíková vlákna. Mají vysokou rázovou pevnost, ale nízkou pevnost v tahu/ohybu. Mezi plasty tohoto typu patří například kevlar.
• Textolity vyrobené z polymerní matrice a tkanin různé povahy jako plniva. Některé textolity jsou vyráběny s matricí z anorganických látek (křemičitany, fosforečnany). Vlastnosti materiálů jsou velmi rozmanité a závisí na typu vlákna tkaniny. Vlákna jsou vyrobena z bavlny, azbestu, čediče, skla, umělých materiálů atd.
• Polymery plněné práškem (polyethyleny, polypropyleny, pryskyřice s různými plnivy, např. mastek, škrob, saze, uhličitan vápenatý atd.) - již bylo vyvinuto více než 10 tisíc druhů plastů tohoto typu. Upozorňujeme, že u nás můžete zakoupit různá plniva a další potřebné suroviny pro výrobu kompozitů.

Kompozity na bázi kovu

Kovové kompozity jsou vyrobeny na bázi mnoha neželezných kovů, například mědi, hliníku, niklu. Pro plnění se berou vlákna, která jsou odolná vůči vysokým teplotám a nerozpouštějí se v základně. Nejčastěji se používají kovová vlákna nebo monokrystaly z oxidů, nitridů, keramiky, karbidů a boridů. Výsledkem jsou kompozity, které jsou mnohem ohnivzdornější, trvanlivější a odolnější proti opotřebení než původní čistý kov.

Keramické kompozity

Keramické kompozity se vyrábějí tlakovým slinováním původní keramické hmoty s přídavkem vláken nebo částic. Jako plniva se nejčastěji používají kovová vlákna – získávají se cermety. Jsou odolné vůči tepelným šokům a mají vysokou tepelnou vodivost.

Cermety se používají k výrobě dílů odolných proti opotřebení a žáru, například plynových turbín a elektrických pecí. Jsou také žádané pro výrobu řezných nástrojů, částí brzdových systémů a palivových tyčí pro jaderné reaktory.

Aplikace kompozitů

Kompozitní materiály se již používají téměř ve všech oblastech výroby. Používají se:

• ve výstavbě;
• výroba bezpečnostních a pancéřových skel pro Vozidlo, výkladní skříně a dveře;
• lékařské protézy;
• Potahy na kuchyňské stoly a podstavce pro elektronické obvodové desky;
• části a kryty domácích spotřebičů;
• okenní rámy a mnoho dalšího.

Toto je zajímavé: kompozity s extrémními vlastnostmi jsou žádané ve výrobě letadel, automobilů, lodí a raket. Jsou potřeba při výrobě dílů pro kosmické lodě, jaderné elektrárny a sportovní vybavení (například lehká a odolná jízdní kola). Používají se pro výrobu prvků přístrojů a zařízení pracujících v agresivním prostředí a při vysokých teplotách.