คอมโพสิตเป็นวัสดุที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างต่อเนื่องซึ่งถูกสร้างขึ้นเทียมจากส่วนประกอบหลายอย่างที่มีทางกายภาพที่แตกต่างกันและ คุณสมบัติทางเคมี. ลักษณะทางกลของวัสดุผสมถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของคุณสมบัติของเมทริกซ์และองค์ประกอบเสริมแรง ตลอดจนความแข็งแรงของพันธะ ซึ่งรับประกันได้ด้วยการเลือกส่วนประกอบเริ่มต้นที่ถูกต้องและวิธีการรวมกัน
วัสดุคอมโพสิตดั้งเดิมที่สุดคืออิฐฟางและดินเหนียวซึ่งชาวอียิปต์โบราณใช้
ส่วนใหญ่แล้ว คอมโพสิตเป็นวัสดุที่มีพื้นฐานมาจากเรซินหรือเมทริกซ์โพลีเมอร์ สำหรับการผลิตวัสดุคอมโพสิตจะใช้โพลีเมอร์ฟีนอลอีพ็อกซี่ไวนิลเอสเทอร์โพลีเอสเตอร์และโพลีโพรพิลีน สารจำนวนมากและเส้นใยทำหน้าที่เป็นสารเสริมแรงในการผลิตคอมโพสิต ความแข็งแรงของวัสดุขึ้นอยู่กับปริมาณเรซิน ยิ่งน้อยก็ยิ่งแข็งแรง ทุกวันนี้ เพื่อให้ได้สัดส่วนในอุดมคติของส่วนประกอบทั้งหมดในวัสดุคอมโพสิต เทคโนโลยีการขึ้นรูปได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง
ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป เมทริกซ์ของวัสดุคอมโพสิตจะถูกรวมเข้ากับสารเสริมแรง อันเป็นผลมาจากการผลิตผลิตภัณฑ์อย่างใดอย่างหนึ่ง เมทริกซ์พอลิเมอร์ของเทอร์โมเซตได้รับปฏิกิริยาการบ่มทางเคมีระหว่างกระบวนการขึ้นรูป เมทริกซ์เทอร์โมพลาสติกจะหลอมและแข็งตัวในรูปทรงที่กำหนดไว้ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป กระบวนการนี้มักเกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้องและความดันปกติ
คอมโพสิตที่พบมากที่สุดในปัจจุบันคือซีเมนต์เสริมโลหะหรือแอสฟัลต์คอนกรีต
นอกจากนี้ยังมีการขึ้นรูปแบบสัมผัส (แบบแมนนวล) ซึ่งมีข้อเสียอย่างร้ายแรงหลายประการ ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากวิธีนี้มีปริมาณเรซินเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้เปราะมากขึ้น นอกจากนี้ เป็นเรื่องยากที่จะบรรลุสัดส่วนในอุดมคติของเมทริกซ์และสารเสริมแรง เช่นเดียวกับการรักษาความหนาของผลิตภัณฑ์ โดยหลีกเลี่ยงช่องระบายอากาศภายใน
กระบวนการขึ้นรูปสูญญากาศเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องมือแบบเปิดซึ่งวางส่วนประกอบคอมโพสิตไว้ด้วยเมมเบรนซิลิโคนหรือฟิล์มโพลีเมอร์ จากนั้นจึงใช้สูญญากาศกับเครื่องมือภายใต้สภาวะความดันบรรยากาศและอุณหภูมิสูง
บทนำ. 2
1. ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับวัสดุผสม.. 3
2. องค์ประกอบและโครงสร้างของคอมโพสิต .. 5
3. การประเมินเมทริกซ์และตัวชุบแข็งในการก่อตัวของคุณสมบัติของคอมโพสิต .. 10
3.1. วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะ 10
3.2. วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ 10
4. วัสดุก่อสร้าง– คอมโพสิต.. 12
4.1. โพลิเมอร์ในการก่อสร้าง 12
4.2. คอมโพสิตและคอนกรีต.. 16
4.3. อลูมิเนียม แผ่นคอมโพสิต.. 19
บทสรุป. 23
รายการวรรณกรรมใช้แล้ว.. 24
ในตอนต้นของศตวรรษที่ 21 มีการถามคำถามเกี่ยวกับวัสดุก่อสร้างในอนาคต การพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทำให้ยากต่อการคาดเดา เมื่อสี่ทศวรรษก่อนไม่มีการใช้วัสดุก่อสร้างโพลีเมอร์อย่างแพร่หลาย และผู้เชี่ยวชาญเฉพาะกลุ่มแคบๆ เท่านั้นที่รู้จักวัสดุคอมโพสิต "ของจริง" สมัยใหม่ อย่างไรก็ตาม สามารถสันนิษฐานได้ว่าวัสดุก่อสร้างหลักจะเป็นโลหะ คอนกรีตและคอนกรีตเสริมเหล็ก เซรามิก แก้ว ไม้ และโพลีเมอร์ วัสดุก่อสร้างจะถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานวัตถุดิบเดียวกัน แต่ด้วยการใช้สูตรส่วนประกอบใหม่และวิธีการทางเทคโนโลยี ซึ่งจะให้คุณภาพการดำเนินงานที่สูงขึ้นและตามความคงทนและความน่าเชื่อถือ จะมีการใช้ของเสียให้เกิดประโยชน์สูงสุดจากอุตสาหกรรมต่างๆ ผลิตภัณฑ์ที่ใช้แล้ว ขยะในท้องถิ่นและในครัวเรือน วัสดุก่อสร้างจะได้รับการคัดเลือกตามเกณฑ์ด้านสิ่งแวดล้อม และการผลิตจะใช้เทคโนโลยีที่ไม่ทิ้งขยะ
ตอนนี้มีแบรนด์เนมมากมายสำหรับการตกแต่ง ฉนวนและวัสดุอื่นๆ ซึ่งโดยหลักการแล้วจะแตกต่างกันเฉพาะในองค์ประกอบและเทคโนโลยีเท่านั้น การไหลของวัสดุใหม่นี้จะเพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพจะดีขึ้นเพื่อตอบสนองต่อความรุนแรง สภาพภูมิอากาศและประหยัดทรัพยากรพลังงานของรัสเซีย
วัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุแข็งที่ต่างกันซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบตั้งแต่สองชิ้นขึ้นไป ซึ่งองค์ประกอบเสริมแรงสามารถแยกแยะได้ ซึ่งมีคุณสมบัติทางกลที่จำเป็นของวัสดุ และเมทริกซ์ (หรือสารยึดเกาะ) ที่ให้ งานร่วมกันองค์ประกอบเสริมแรง
พฤติกรรมทางกลของคอมโพสิตถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของคุณสมบัติขององค์ประกอบเสริมแรงและเมทริกซ์ ตลอดจนความแข็งแรงของพันธะระหว่างพวกมัน ประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของวัสดุขึ้นอยู่กับ ทางเลือกที่เหมาะสมส่วนประกอบดั้งเดิมและเทคโนโลยีของการรวมกัน ออกแบบมาเพื่อให้การเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งระหว่างส่วนประกอบในขณะที่ยังคงคุณลักษณะดั้งเดิมไว้
อันเป็นผลมาจากการรวมองค์ประกอบเสริมแรงและเมทริกซ์ทำให้เกิดคุณสมบัติเชิงซ้อนซึ่งไม่เพียงสะท้อนถึงลักษณะเริ่มต้นของส่วนประกอบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติที่ส่วนประกอบที่แยกได้ไม่มี โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การมีอยู่ของส่วนต่อประสานระหว่างองค์ประกอบเสริมแรงและเมทริกซ์ช่วยเพิ่มความต้านทานการแตกร้าวของวัสดุได้อย่างมีนัยสำคัญ และในวัสดุผสมซึ่งแตกต่างจากโลหะ การเพิ่มความแข็งแรงคงที่ไม่ได้นำไปสู่การลดลง แต่ตามกฎแล้ว เพิ่มลักษณะความเหนียวแตกหัก
มีความแข็งแรงสูง
ความแข็งแกร่งสูง (โมดูลัสความยืดหยุ่น 130…140 GPa)
ทนต่อการสึกหรอสูง
ความเหนื่อยล้าสูง
เป็นไปได้ที่จะสร้างโครงสร้างที่มีมิติที่มั่นคงจากCM
นอกจากนี้ คอมโพสิตประเภทต่างๆ อาจมีข้อดีอย่างน้อยหนึ่งข้อ ผลประโยชน์บางอย่างไม่สามารถบรรลุได้พร้อมกัน
ข้อเสียของวัสดุคอมโพสิต
คอมโพสิตส่วนใหญ่ (แต่ไม่ใช่ทั้งหมด) มีข้อเสีย:
ราคาสูง
คุณสมบัติ anisotropy
เพิ่มความเข้มข้นของวิทยาศาสตร์ในการผลิตความต้องการอุปกรณ์และวัตถุดิบที่มีราคาแพงเป็นพิเศษดังนั้นจึงเป็นการผลิตภาคอุตสาหกรรมและฐานวิทยาศาสตร์ที่พัฒนาแล้วของประเทศ
คอมโพสิตเป็นวัสดุที่มีหลายองค์ประกอบซึ่งประกอบด้วยพอลิเมอร์ โลหะ คาร์บอน เซรามิก หรือฐานอื่นๆ (เมทริกซ์) เสริมด้วยสารตัวเติมที่ทำจากเส้นใย หนวด อนุภาคละเอียด ฯลฯ โดยการเลือกองค์ประกอบและคุณสมบัติของสารตัวเติมและเมทริกซ์ (สารยึดเกาะ) ให้ อัตราส่วน , การวางแนวของฟิลเลอร์, เป็นไปได้ที่จะได้รับวัสดุด้วยส่วนผสมที่จำเป็นของการปฏิบัติงานและ คุณสมบัติทางเทคโนโลยี. การใช้เมทริกซ์หลายตัวในวัสดุเดียว (polymatrix วัสดุคอมโพสิต) หรือสารตัวเติมที่มีลักษณะต่างๆ (วัสดุผสมไฮบริด) ช่วยเพิ่มความเป็นไปได้ในการควบคุมคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตได้อย่างมาก สารตัวเติมเสริมแรงรับรู้ส่วนแบ่งหลักของน้ำหนักของวัสดุคอมโพสิต
ตามโครงสร้างของฟิลเลอร์ วัสดุคอมโพสิตจะแบ่งออกเป็นเส้นใย (เสริมด้วยเส้นใยและหนวด) เป็นชั้น (เสริมด้วยฟิล์ม จาน ฟิลเลอร์เป็นชั้น) เสริมการกระจายตัว หรือเสริมแรงกระจาย (มีสารตัวเติมในรูปของ อนุภาคละเอียด) เมทริกซ์ในวัสดุคอมโพสิตช่วยให้แน่ใจว่าวัสดุมีความแข็งแรง การถ่ายโอนและการกระจายของความเค้นในสารตัวเติม จะกำหนดความร้อน ความชื้น ไฟและสารเคมี ความทนทาน
ตามลักษณะของวัสดุเมทริกซ์ โพลีเมอร์ โลหะ คาร์บอน เซรามิก และคอมโพสิตอื่นๆ จะมีความแตกต่างกัน
วัสดุคอมโพสิตที่เสริมด้วยเส้นใยต่อเนื่องที่มีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสสูงได้รับการใช้งานที่ยอดเยี่ยมที่สุดในการก่อสร้างและวิศวกรรม ซึ่งรวมถึง: วัสดุพอลิเมอร์คอมโพสิตที่มีพื้นฐานจากเทอร์โมเซตติง (อีพ็อกซี่ โพลีเอสเตอร์ ฟีนอลฟอร์มาล โพลิเอไมด์ ฯลฯ) และสารยึดเกาะเทอร์โมพลาสติกที่เสริมด้วยแก้ว (ไฟเบอร์กลาส) คาร์บอน (เส้นใยคาร์บอน) (Organoplasty) โบรอน (boroplasty) และเส้นใยอื่น ๆ โลหะ วัสดุคอมโพสิตที่ใช้โลหะผสม Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Cr เสริมด้วยโบรอน คาร์บอนหรือเส้นใยซิลิกอนคาร์ไบด์ เช่นเดียวกับเหล็ก โมลิบดีนัม หรือลวดทังสเตน
วัสดุคอมโพสิตจากคาร์บอนเสริมด้วยเส้นใยคาร์บอน (วัสดุคาร์บอน - คาร์บอน) วัสดุผสมจากเซรามิกที่เสริมด้วยคาร์บอน ซิลิกอนคาร์ไบด์ และเส้นใยทนความร้อนอื่นๆ และ SiC เมื่อใช้เส้นใยคาร์บอน แก้ว อะรามิด และโบรอนที่บรรจุอยู่ในวัสดุในปริมาณ 50-70% จะมีการสร้างองค์ประกอบ (ดูตาราง) ด้วยจังหวะ ความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นมากกว่าปกติ 2-5 เท่า วัสดุก่อสร้างและโลหะผสม นอกจากนี้ วัสดุผสมเส้นใยยังเหนือกว่าโลหะและโลหะผสมในแง่ของความล้า ทนความร้อน ต้านทานการสั่นสะเทือน การดูดซับเสียง แรงกระแทก และคุณสมบัติอื่น ๆ ดังนั้นการเสริมแรงของโลหะผสมอัลด้วยเส้นใยโบรอนจึงช่วยปรับปรุงลักษณะทางกลของโลหะผสมได้อย่างมีนัยสำคัญ และทำให้อุณหภูมิในการทำงานของโลหะผสมเพิ่มขึ้นจาก 250–300 เป็น 450–500 °C การเสริมแรงด้วยลวด (จาก W และ Mo) และเส้นใยของสารประกอบทนไฟใช้เพื่อสร้างวัสดุคอมโพสิตที่ทนความร้อนโดยใช้ Ni, Cr, Co, Ti และโลหะผสมของพวกมัน ดังนั้นโลหะผสม Ni ทนความร้อนที่เสริมด้วยเส้นใยจึงสามารถทำงานได้ที่ 1300-1350 °C ในการผลิตวัสดุผสมที่เป็นเส้นใยโลหะ การใช้เมทริกซ์โลหะกับสารตัวเติมจะดำเนินการส่วนใหญ่มาจากการหลอมของวัสดุเมทริกซ์โดยการสะสมทางไฟฟ้าเคมีหรือการสปัตเตอร์ การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ดำเนินการโดย Ch. ร. วิธีการชุบโครงของเส้นใยเสริมแรงด้วยโลหะหลอมภายใต้ความดันสูงถึง 10 MPa หรือโดยการรวมฟอยล์ (วัสดุเมทริกซ์) กับเส้นใยเสริมแรงโดยใช้การรีด, การกด, การอัดรีดภายใต้ภาระ จนถึงอุณหภูมิหลอมเหลวของวัสดุเมทริกซ์
หนึ่งในวิธีการทางเทคโนโลยีทั่วไปสำหรับการผลิตพอลิเมอร์และโลหะ วัสดุคอมโพสิตที่มีเส้นใยและชั้น - การเติบโตของผลึกสารตัวเติมในเมทริกซ์โดยตรงในกระบวนการผลิตชิ้นส่วน วิธีนี้ใช้ตัวอย่างเช่นเมื่อสร้างยูเทคติก โลหะผสมทนความร้อนขึ้นอยู่กับ Ni และ Co. การผสมของหลอมด้วยคาร์ไบด์และอินเตอร์เมทัลลิก การสื่อสาร การก่อตัวเป็นเส้นๆ หรือผลึกลาเมลลาร์เมื่อเย็นตัวภายใต้สภาวะที่มีการควบคุม จะนำไปสู่การชุบแข็งของโลหะผสม และช่วยให้คุณเพิ่มอุณหภูมิในการทำงานได้ 60-80 oC วัสดุผสมที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบรวมความหนาแน่นต่ำกับค่าการนำความร้อนสูง เคมี ความทนทานความคงตัวของขนาดที่มีอุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็วรวมถึงการเพิ่มความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นเมื่อถูกความร้อนถึง 2,000 ° C ในตัวกลางเฉื่อย สำหรับวิธีการรับวัสดุผสมคาร์บอน-คาร์บอน โปรดดูที่ CFRP วัสดุคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงสูงจากเซรามิกได้มาจากการเสริมแรงด้วยฟิลเลอร์ที่มีเส้นใยเช่นเดียวกับโลหะ และเซรามิค อนุภาคกระจายตัว การเสริมแรงด้วยเส้นใย SiC แบบต่อเนื่องทำให้ได้วัสดุคอมโพสิตที่มีลักษณะเฉพาะเพิ่มขึ้น ความเหนียว แรงดัด และต้านทานการเกิดออกซิเดชันสูงที่ อุณหภูมิสูง. อย่างไรก็ตาม การเสริมแรงของเซรามิกด้วยเส้นใยไม่ได้นำไปสู่ผลลัพธ์ที่มีนัยสำคัญเสมอไป การเพิ่มคุณสมบัติความแข็งแรงเนื่องจากขาดสถานะยืดหยุ่นของวัสดุที่มีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นสูง การเสริมแรงด้วยโลหะที่กระจัดกระจาย อนุภาคช่วยให้คุณสร้างโลหะเซรามิกได้ วัสดุ (cermets) เพิ่มขึ้น ความแข็งแรง การนำความร้อน ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน ในการผลิตเซรามิก วัสดุคอมโพสิตมักใช้การกดร้อนโดยกดครั้งสุดท้าย การเผาผนึก การหล่อแบบลื่น (ดูเพิ่มเติมที่ เซรามิกส์) การเสริมแรงของวัสดุด้วยโลหะที่กระจายตัว อนุภาคนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในความแข็งแรงเนื่องจากการสร้างอุปสรรคต่อการเคลื่อนที่ของความคลาดเคลื่อน การเสริมแรงดังกล่าว ร. ใช้ในการสร้างโลหะผสมโครเมียม - นิกเกิลที่ทนความร้อน วัสดุได้มาจากการนำอนุภาคละเอียดเข้าไปในโลหะหลอมเหลวด้วยชิ้นสุดท้าย กระบวนการปกติของแท่งโลหะเป็นผลิตภัณฑ์ การนำ ThO2 หรือ ZrO2 เข้าสู่โลหะผสมทำให้สามารถรับโลหะผสมที่ทนความร้อนแบบกระจายซึ่งทำงานเป็นเวลานานภายใต้โหลดที่ 1100-1200 ° C (ขีดจำกัดความสามารถในการทำงานของโลหะผสมทนความร้อนทั่วไป ภายใต้เงื่อนไขเดียวกันคือ 1,000-1050 ° C) ทิศทางที่สดใสในการสร้างวัสดุคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงสูงคือการเสริมแรงของวัสดุด้วยหนวดเครา ซึ่งเนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กของพวกมัน แทบไม่มีข้อบกพร่องที่พบในผลึกขนาดใหญ่และมีความแข็งแรงสูง สูงสุด ใช้ได้จริง สิ่งที่น่าสนใจคือผลึกของ Al2O3, BeO, SiC, B4C, Si3N4, AlN และกราไฟท์ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1-30 ไมครอนและความยาว 0.3-15 มม. สารตัวเติมดังกล่าวใช้ในรูปแบบของเส้นด้ายที่เน้นหรือลามิเนตไอโซทรอปิกเช่นกระดาษ, กระดาษแข็ง, สักหลาด วัสดุผสมที่อิงจากเมทริกซ์อีพ็อกซี่และเครา ThO2 (30% โดยน้ำหนัก) มี growth 0.6 GPa, โมดูลัสยืดหยุ่น 70 GPa ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับองค์ประกอบของหนวดสามารถทำให้เกิดไฟฟ้ารวมกันได้ และแม็ก ผู้ช่วย การเลือกและการแต่งตั้งวัสดุคอมโพสิตจะพิจารณาจากสภาพการโหลดและสภาพการทำงานของชิ้นส่วนหรือโครงสร้างเป็นหลัก technol โอกาส. สูงสุด วัสดุผสมพอลิเมอร์มีจำหน่ายและเชี่ยวชาญ เมทริกซ์หลากหลายรูปแบบในรูปแบบของเทอร์โมเซตติงและเทอร์โมพลาสติก โพลิเมอร์ให้ มีให้เลือกมากมายวัสดุผสมสำหรับงานในช่วงตั้งแต่เชิงลบ t-r สูงถึง 100-200 ° C - สำหรับออร์กาโนพลาสติก สูงถึง 300-400 °С - สำหรับพลาสติกแก้ว คาร์บอน และโบรอน วัสดุผสมพอลิเมอร์ที่มีโพลีเอสเตอร์และเมทริกซ์อีพ็อกซี่ทำงานได้ถึง 120-200 °โดยมีฟีนอลฟอร์มาลดีไฮด์ - สูงถึง 200-300 ° C, polyimide และ silicon-org - สูงถึง 250-400 องศาเซลเซียส โลหะ วัสดุคอมโพสิตที่มี Al, Mg และโลหะผสมซึ่งเสริมด้วยเส้นใยจาก B, C, SiC นั้นใช้ได้ถึง 400-500 ° C วัสดุคอมโพสิตที่ใช้โลหะผสม Ni และ Co ทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 1100-1200 ° C โดยอิงจากโลหะทนไฟและ Comm - สูงถึง 1500-1700 °C ขึ้นอยู่กับคาร์บอนและเซรามิก - สูงถึง 1700-2000 °C การใช้คอมโพสิตเป็นโครงสร้าง ป้องกันความร้อน ต้านแรงเสียดทาน วิทยุ และวิศวกรรมไฟฟ้า และวัสดุอื่นๆ ทำให้สามารถลดน้ำหนักของโครงสร้าง เพิ่มทรัพยากรและความสามารถของเครื่องจักรและส่วนประกอบ และสร้างหน่วย ชิ้นส่วน และโครงสร้างใหม่โดยพื้นฐาน วัสดุคอมโพสิตทุกประเภทใช้ในอุตสาหกรรมเคมี สิ่งทอ เหมืองแร่ และโลหะวิทยา อุตสาหกรรม วิศวกรรมเครื่องกล การขนส่ง สำหรับการผลิตอุปกรณ์กีฬา ฯลฯ
วัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุที่ประกอบด้วยส่วนประกอบตั้งแต่สองส่วนประกอบขึ้นไปที่มีลักษณะแตกต่างกันหรือองค์ประกอบทางเคมี โดยที่ส่วนประกอบนั้นจะถูกรวมเป็นโครงสร้างเสาหินเดียวที่มีส่วนต่อประสานระหว่างส่วนประกอบ ซึ่งการรวมกันที่เหมาะสมที่สุดช่วยให้ได้ความซับซ้อนของเคมีกายภาพและ คุณสมบัติทางกลซึ่งแตกต่างจากความซับซ้อนของคุณสมบัติของส่วนประกอบ
ในความหมายกว้างๆ แนวคิดของ "วัสดุคอมโพสิต" รวมถึงวัสดุใดๆ ที่มีโครงสร้างต่างกัน กล่าวคือ โครงสร้างประกอบด้วยตั้งแต่สองขั้นตอนขึ้นไป
ธรรมชาติเองเป็นผู้สร้างวัสดุคอมโพสิตรายแรก โครงสร้างทางธรรมชาติหลายอย่าง (ลำต้นของต้นไม้ กระดูกสัตว์ ฟันของมนุษย์ ฯลฯ) มีโครงสร้างเส้นใยที่มีลักษณะเฉพาะ ประกอบด้วยสารเมทริกซ์ที่ค่อนข้างเป็นพลาสติกและสารที่แข็งกว่าและแข็งแรงกว่าในรูปของเส้นใย ตัวอย่างเช่น ไม้เป็นองค์ประกอบที่ประกอบด้วยการรวมกลุ่มของเส้นใยเซลลูโลสที่มีความแข็งแรงสูงของโครงสร้างท่อ เชื่อมต่อกันด้วยเมทริกซ์ของอินทรียวัตถุ (ลิกนิน) ซึ่งทำให้ไม้มีความแข็งแกร่งตามขวาง
ตัวอย่างของวัสดุคอมโพสิตอาจเป็นการก่อตัวตามธรรมชาติ เช่น แร่ธาตุ Nephrite - ประกอบด้วยผลึกคล้ายเข็มที่อัดแน่นติดกันที่ส่วนต่อประสาน โครงสร้างนี้ทำให้หยกมีความหนืดสูง ชนเผ่าต่างๆ จึงใช้เป็นวัสดุทำขวาน
ลักษณะทั่วไปวัสดุคอมโพสิต
และการจำแนกประเภท
ความสนใจในวัสดุคอมโพสิตเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าความเป็นไปได้ในการปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของวัสดุโครงสร้างแบบดั้งเดิมนั้นหมดไปอย่างมาก
วัสดุคอมโพสิตในแง่ของความแข็งแรงและความแข็งแกร่งจำเพาะ ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ความต้านทานต่อความล้มเหลวเมื่อยล้า และคุณสมบัติอื่น ๆ เกินกว่าโลหะผสมโครงสร้างที่รู้จักทั้งหมดอย่างมีนัยสำคัญ ระดับของชุดคุณสมบัติที่กำหนดได้รับการออกแบบล่วงหน้าและดำเนินการในกระบวนการผลิตวัสดุ
ข้าว. 20.1. ความแข็งแรงและความแข็งจำเพาะของเหล็ก ไททาเนียม อะลูมิเนียมอัลลอย และคอมโพสิต (KAS-1, VKA-1B)
คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตขึ้นอยู่กับ คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลส่วนประกอบและความแข็งแรงของพันธะระหว่างกัน คุณสมบัติที่โดดเด่นของวัสดุเหล่านี้คือการที่พวกเขาแสดงข้อดีของส่วนประกอบไม่ใช่ข้อเสีย ในขณะเดียวกัน วัสดุคอมโพสิตก็มีคุณสมบัติที่ส่วนประกอบแต่ละชิ้นไม่ได้รวมอยู่ในองค์ประกอบ เพื่อปรับคุณสมบัติขององค์ประกอบให้เหมาะสมที่สุด ส่วนประกอบที่แตกต่างกันอย่างมาก แต่คุณสมบัติเสริมจะถูกเลือก
ตามองค์ประกอบ วัสดุคอมโพสิตประกอบด้วยฐาน (เมทริกซ์) และสารตัวเติม (ตัวเสริมแรง, ส่วนประกอบเสริมแรง)
พื้นฐาน (เมทริกซ์) ของวัสดุคอมโพสิตคือโลหะหรือโลหะผสม โพลีเมอร์ วัสดุคาร์บอนและเซรามิก
เมทริกซ์ผูกองค์ประกอบให้เป็นรูปแบบ คุณสมบัติของเมทริกซ์ส่วนใหญ่จะกำหนดโหมดทางเทคโนโลยีของการรับวัสดุคอมโพสิตและลักษณะการทำงานที่สำคัญเช่น: อุณหภูมิในการทำงาน, ความต้านทานต่อความล้มเหลวเมื่อยล้า, ความหนาแน่นและความแข็งแรงจำเพาะ.
วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์รวมซึ่งประกอบด้วยชั้นที่ต่างกัน (ตั้งแต่สองชั้นขึ้นไป) ที่แตกต่างกัน องค์ประกอบทางเคมี. วัสดุดังกล่าวเรียกว่าโพลีเมทริกซ์ วัสดุ Polymatrix มีคุณสมบัติที่มีประโยชน์มากมาย ตัวอย่างเช่น การใช้ไททาเนียมเป็นเมทริกซ์ร่วมกับอะลูมิเนียมจะเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิตในทิศทางตั้งฉากกับแกนไฟเบอร์ ชั้นอลูมิเนียมในเมทริกซ์ช่วยลดความหนาแน่นของวัสดุ
องค์ประกอบอื่นมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอในเมทริกซ์ เรียกว่าส่วนประกอบเสริมแรงหรือเสริมแรง หรือบางครั้งฟิลเลอร์ แนวคิดของ "การเสริมแรง" หมายถึง - "แนะนำในวัสดุเพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติ" แต่ไม่มีแนวคิดที่ชัดเจนของ "การเสริมความแข็งแกร่ง"
ส่วนประกอบเสริมแรงต้องมีความแข็งแรงสูง ความแข็ง และโมดูลัสความยืดหยุ่นสูง ในคุณสมบัติเหล่านี้ พวกมันเหนือกว่าเมทริกซ์อย่างมาก
คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตยังขึ้นอยู่กับรูปร่างหรือรูปทรง ขนาด ปริมาณ และลักษณะของการกระจายตัวของสารตัวเติม (รูปแบบการเสริมแรง)
ตามแบบฟอร์มฟิลเลอร์แบ่งออกเป็นสามกลุ่มหลัก:
1. ฟิลเลอร์ซีโร่มิติที่มีขนาดเล็กมากในลำดับเดียวในสามมิติ (อนุภาค)
2. สารตัวเติมหนึ่งมิติมีขนาดเล็กในสองทิศทางและมีขนาดใหญ่กว่ามากในมิติที่สาม (เส้นใย)
3. ฟิลเลอร์สองมิติมีสองขนาดที่สมส่วนกับขนาดของวัสดุคอมโพสิตและเกินขนาดที่สามอย่างมีนัยสำคัญ (แผ่น, ผ้า)
รูปทรงคล้ายเกลียวขององค์ประกอบเสริมแรงมีทั้งค่าบวกและ ด้านลบ. ข้อได้เปรียบของพวกเขาคือความแข็งแรงสูงและความสามารถในการสร้างการเสริมแรงในทิศทางที่ต้องการในเชิงโครงสร้างเท่านั้น ข้อเสียของรูปทรงนี้คือเส้นใยสามารถส่งน้ำหนักได้ในทิศทางของแกนเท่านั้นในขณะที่ไม่มีการเสริมแรงในทิศทางตั้งฉากและในบางกรณีอาจเกิดการอ่อนตัวลงได้
สารตัวเติมที่ใช้เสริมแรงควรมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: จุดหลอมเหลวสูง ความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงสูงตลอดช่วงอุณหภูมิการทำงานทั้งหมด ความสามารถในการผลิต ความสามารถในการละลายน้อยที่สุดในเมทริกซ์ ทนต่อสารเคมีสูง ไม่มีความเป็นพิษระหว่างการผลิตและการใช้งาน
วัสดุคอมโพสิตที่มีสารตัวเติมที่แตกต่างกันตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปเรียกว่าโพลีเสริมแรง
หากวัสดุคอมโพสิตประกอบด้วยส่วนประกอบตั้งแต่สามชิ้นขึ้นไป จะเรียกว่าไฮบริด
วัสดุคอมโพสิตจำแนกตามคุณสมบัติหลักหลายประการ:
ก) วัสดุของเมทริกซ์และส่วนประกอบเสริมแรง
b) โครงสร้าง: รูปทรงและการจัดเรียงส่วนประกอบ
ค) วิธีการได้มา;
ง) ขอบเขต
ลองพิจารณาลักษณะการจำแนกประเภทของวัสดุคอมโพสิต
หลังจากที่ฟิสิกส์สมัยใหม่ของโลหะได้อธิบายให้เราฟังอย่างละเอียดถึงเหตุผลของการเป็นพลาสติก ความแข็งแรง และการเพิ่มขึ้น การพัฒนาวัสดุใหม่อย่างเป็นระบบจึงเริ่มต้นขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่การสร้างวัสดุที่มีความแข็งแรงมากกว่าโลหะผสมทั่วไปในปัจจุบันหลายเท่า ในกรณีนี้ จะให้ความสนใจอย่างมากกับกลไกที่เป็นที่รู้จักอยู่แล้วของการชุบแข็งเหล็กและการเสื่อมสภาพของโลหะผสมอะลูมิเนียม การผสมผสานของกลไกที่เป็นที่รู้จักเหล่านี้เข้ากับกระบวนการขึ้นรูป และความเป็นไปได้มากมายสำหรับการสร้างวัสดุที่รวมกัน ช่องทางที่มีแนวโน้มดีสองทางเปิดขึ้นโดยวัสดุคอมโพสิตที่เสริมด้วยเส้นใยหรือของแข็งที่กระจายตัว ประการแรก เส้นใยความแข็งแรงสูงที่บางที่สุดที่ทำจากแก้ว คาร์บอน โบรอน เบริลเลียม เหล็ก หรือผลึกเดี่ยวของมัสเกอร์ ถูกนำเข้าสู่โลหะอนินทรีย์หรือเมทริกซ์พอลิเมอร์อินทรีย์ ผลจากการรวมกันนี้ ความแข็งแรงสูงสุดรวมกับโมดูลัสความยืดหยุ่นสูงและความหนาแน่นต่ำ วัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุดังกล่าวในอนาคต
วัสดุคอมโพสิต - วัสดุโครงสร้าง (โลหะหรืออโลหะ) ซึ่งมีองค์ประกอบเสริมแรงในรูปของเกลียว เส้นใย หรือสะเก็ดมากกว่า วัสดุคงทน. ตัวอย่างของวัสดุคอมโพสิต: พลาสติกเสริมด้วยโบรอน คาร์บอน ใยแก้ว สายไฟหรือผ้า อลูมิเนียมเสริมด้วยเส้นใยเหล็กเบริลเลียม เมื่อรวมปริมาณของส่วนประกอบเข้าด้วยกัน เป็นไปได้ที่จะได้วัสดุคอมโพสิตที่มีค่าความแข็งแรง ทนความร้อน โมดูลัสความยืดหยุ่น ทนต่อการเสียดสี ตลอดจนสร้างองค์ประกอบที่มีแม่เหล็ก ไดอิเล็กตริก วิทยุดูดซับและที่จำเป็น คุณสมบัติพิเศษอื่นๆ
2.1. วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะ
วัสดุคอมโพสิตหรือวัสดุผสมประกอบด้วยเมทริกซ์โลหะ (โดยปกติคือ Al, Mg, Ni และโลหะผสมของพวกมัน) เสริมด้วยเส้นใยความแข็งแรงสูง (วัสดุที่มีเส้นใย) หรืออนุภาควัสดุทนไฟที่กระจายอย่างประณีตซึ่งไม่ละลายในโลหะพื้นฐาน (วัสดุที่มีการกระจายตัวที่แข็งแกร่ง) . เมทริกซ์โลหะจับเส้นใย (อนุภาคที่กระจัดกระจาย) ให้เป็นชิ้นเดียว ไฟเบอร์ (อนุภาคที่กระจายตัว) บวกสารยึดเกาะ (เมทริกซ์) ที่ประกอบเป็นองค์ประกอบเฉพาะเรียกว่าวัสดุคอมโพสิต
2.2. วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ
วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะพบการใช้งานที่กว้างขวาง วัสดุโพลีเมอร์ คาร์บอน และเซรามิกใช้เป็นเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ เมทริกซ์โพลีเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ อีพอกซี ฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ และโพลิเอไมด์
เมทริกซ์คาร์บอน cok หรือ pyrocarbon ที่ได้จากโพลีเมอร์สังเคราะห์ภายใต้ไพโรไลซิส เมทริกซ์จับองค์ประกอบ ทำให้เกิดรูปแบบ สารเสริมความแข็งแกร่งคือเส้นใย: แก้ว คาร์บอน โบรอน อินทรีย์ ที่มีหนวดเครา (ออกไซด์ คาร์ไบด์ บอไรด์ ไนไตรด์ และอื่นๆ) เช่นเดียวกับโลหะ (ลวด) ซึ่งมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งสูง
คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของส่วนประกอบ การรวมกัน อัตราส่วนเชิงปริมาณ และความแข็งแรงพันธะระหว่างกัน
วัสดุเสริมแรงสามารถอยู่ในรูปแบบของเส้นใย, เชือก, เกลียว, เทป, ผ้าหลายชั้น
เนื้อหาของตัวชุบแข็งในวัสดุที่เน้นคือ 60-80 vol. % ใน non-Oriented (มีเส้นใยแยกและหนวดเครา) - 20-30 vol. %. ยิ่งมีความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเส้นใยสูงเท่าใด วัสดุผสมก็จะยิ่งมีความแข็งแรงและความแข็งมากขึ้นเท่านั้น คุณสมบัติของเมทริกซ์กำหนดความแข็งแรงขององค์ประกอบในด้านแรงเฉือนและแรงอัด และความต้านทานต่อความล้มเหลวเมื่อยล้า
ตามประเภทของสารชุบแข็ง วัสดุคอมโพสิตจะจำแนกเป็นเส้นใยแก้ว เส้นใยคาร์บอนที่มีเส้นใยคาร์บอน เส้นใยโบรอน และเส้นใยออร์กาโน
ในวัสดุลามิเนต เส้นใย ด้าย เทปที่ชุบด้วยสารยึดเกาะจะวางขนานกันในระนาบการวาง ชั้นแบนประกอบเป็นแผ่น คุณสมบัติเป็นแบบแอนไอโซทรอปิก สำหรับงานของวัสดุในผลิตภัณฑ์ ควรพิจารณาทิศทางของการรับน้ำหนักด้วย คุณสามารถสร้างวัสดุที่มีทั้งคุณสมบัติไอโซโทรปิกและแอนไอโซทรอปิก
เป็นไปได้ที่จะวางเส้นใยภายใต้ มุมต่างๆโดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิต การดัดและการบิดงอของวัสดุขึ้นอยู่กับลำดับของการวางชั้นตามความหนาของบรรจุภัณฑ์
ใช้การวางองค์ประกอบเสริมแรงสามสี่เธรดขึ้นไป
โครงสร้างของเกลียวตั้งฉากสามเส้นมีการใช้งานมากที่สุด สารชุบแข็งสามารถอยู่ในทิศทางตามแนวแกน แนวรัศมี และเส้นรอบวง
วัสดุสามมิติสามารถมีความหนาในรูปแบบของบล็อก, กระบอกสูบ ผ้าที่เทอะทะเพิ่มความต้านทานการฉีกขาดและทนต่อแรงเฉือนเมื่อเปรียบเทียบกับผ้าที่มีชั้น ระบบสี่เกลียวถูกสร้างขึ้นโดยการขยายสารเสริมแรงตามแนวทแยงของลูกบาศก์ โครงสร้างของเกลียวทั้งสี่มีความสมดุล เพิ่มความแข็งแกร่งของแรงเฉือนในระนาบหลัก
อย่างไรก็ตาม การสร้างวัสดุสี่ทิศทางนั้นยากกว่าวัสดุสามทิศทาง
3.1. วัสดุผสมเส้นใย
บ่อยครั้งที่วัสดุคอมโพสิตคือ โครงสร้างชั้นซึ่งแต่ละชั้นเสริมด้วยเส้นใยต่อเนื่องแบบขนานจำนวนมาก แต่ละชั้นสามารถเสริมความแข็งแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่องที่ทอเป็นผ้าได้ ซึ่งเป็นรูปทรงดั้งเดิม ซึ่งสอดคล้องกับความกว้างและความยาวจนถึงวัสดุสุดท้าย ไม่ใช่เรื่องแปลกที่เส้นใยจะทอเป็นโครงสร้างสามมิติ
วัสดุคอมโพสิตแตกต่างจากโลหะผสมทั่วไปในค่าความต้านทานแรงดึงและความทนทานที่สูงขึ้น (50–10%) โมดูลัสความยืดหยุ่น ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็ง และความไวต่อการแตกร้าวที่ต่ำกว่า การใช้วัสดุคอมโพสิตช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของโครงสร้างในขณะที่ลดการใช้โลหะ
ความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิต (เส้นใย) ถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของเส้นใย เมทริกซ์ควรกระจายความเค้นระหว่างองค์ประกอบเสริมแรงเป็นหลัก ดังนั้นความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเส้นใยจะต้องมากกว่าความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเมทริกซ์อย่างมีนัยสำคัญ
เส้นใยเสริมแรงแบบแข็งจะรับรู้ความเค้นที่เกิดขึ้นในองค์ประกอบภายใต้การรับน้ำหนัก ให้ความแข็งแรงและความแข็งแกร่งในทิศทางของการวางแนวเส้นใย
เส้นใยโบรอนถูกนำมาใช้เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับอะลูมิเนียม แมกนีเซียม และโลหะผสม เช่นเดียวกับเส้นใยจากสารประกอบทนไฟ (คาร์ไบด์ ไนไตรด์ บอไรด์ และออกไซด์) ซึ่งมีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสความยืดหยุ่นสูง มักใช้ลวดเหล็กความแข็งแรงสูงเป็นเส้นใย
ลวดโมลิบดีนัม เส้นใยแซฟไฟร์ ซิลิกอนคาร์ไบด์และไททาเนียมบอไรด์ใช้เพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับไททาเนียมและโลหะผสม
ความต้านทานความร้อนที่เพิ่มขึ้นของโลหะผสมนิกเกิลทำได้โดยการเสริมแรงด้วยลวดทังสเตนหรือโมลิบดีนัม เส้นใยโลหะยังใช้ในกรณีที่จำเป็นต้องมีการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง สารเพิ่มความแข็งที่มีแนวโน้มสูงสำหรับวัสดุคอมโพสิตเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสสูง ได้แก่ หนวดที่ทำด้วยอะลูมิเนียมออกไซด์และไนไตรด์ ซิลิกอนคาร์ไบด์และไนไตรด์ คาร์ไบด์ เป็นต้น
วัสดุคอมโพสิตบน ฐานโลหะมีความแข็งแรงสูงและทนความร้อนในขณะเดียวกันก็มีความเหนียวต่ำ อย่างไรก็ตาม เส้นใยในวัสดุคอมโพสิตลดอัตราการแพร่กระจายของรอยแตกที่เริ่มต้นในเมทริกซ์ และการแตกหักแบบกะทันหันอย่างกะทันหันจะหายไปเกือบหมด ลักษณะเด่นของวัสดุคอมโพสิตแกนเดียวที่มีเส้นใยคือแอนไอโซโทรปีของสมบัติเชิงกลตลอดแนวเส้นใยและความไวต่ำต่อหัววัดความเค้น
แอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตที่มีเส้นใยถูกนำมาพิจารณาเมื่อออกแบบชิ้นส่วนเพื่อปรับคุณสมบัติให้เหมาะสมโดยการจับคู่สนามต้านทานกับสนามความเค้น
การเสริมแรงของอะลูมิเนียม แมกนีเซียม และไททาเนียมอัลลอยด์ด้วยเส้นใยทนไฟแบบต่อเนื่องของโบรอน ซิลิกอนคาร์ไบด์ ไททาเนียมโดโบไรด์ และอะลูมิเนียมออกไซด์ช่วยเพิ่มความต้านทานความร้อนได้อย่างมาก คุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตคืออัตราการอ่อนตัวในเวลาที่ต่ำตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น
ข้อเสียเปรียบหลักของวัสดุคอมโพสิตที่มีการเสริมแรงแบบหนึ่งและสองมิติคือ ความต้านทานต่ำแรงเฉือนระหว่างชั้นและการแตกหักตามขวาง วัสดุที่มีการเสริมแรงเชิงปริมาตรจะปราศจากสิ่งนี้
3.2. วัสดุคอมโพสิตเสริมความแข็งแกร่งในการกระจายตัว
ตรงกันข้ามกับวัสดุคอมโพสิตที่มีเส้นใย ในวัสดุคอมโพสิตที่มีการกระจายตัวเสริม เมทริกซ์เป็นองค์ประกอบรับน้ำหนักหลัก และอนุภาคที่กระจายตัวจะชะลอการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ในนั้น
มีความแข็งแรงสูงด้วยขนาดอนุภาค 10-500 นาโนเมตร โดยมีระยะห่างเฉลี่ยระหว่าง 100-500 นาโนเมตรและการกระจายสม่ำเสมอในเมทริกซ์
ความแข็งแรงและความต้านทานความร้อนขึ้นอยู่กับปริมาณของเฟสการชุบแข็ง ไม่เชื่อฟังกฎของการเติม ปริมาณที่เหมาะสมที่สุดของระยะที่สองสำหรับโลหะชนิดต่างๆ ไม่เหมือนกัน แต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่เกิน 5-10 vol %.
การใช้สารประกอบทนไฟที่เสถียร (ออกไซด์ของทอเรียม แฮฟเนียม อิตเทรียม สารประกอบเชิงซ้อนของออกไซด์และโลหะแรร์เอิร์ธ) ที่ไม่ละลายในโลหะเมทริกซ์เป็นขั้นตอนเสริมความแข็งแรงช่วยให้คงความแข็งแรงของวัสดุได้สูงถึง 0.9-0.95 ต. ด้วยเหตุนี้วัสดุดังกล่าวจึงมักใช้เป็นวัสดุทนความร้อน วัสดุผสมที่เสริมความแข็งแกร่งในการกระจายตัวสามารถหาได้จากโลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่ที่ใช้ในงานวิศวกรรม
โลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายบนพื้นฐานของอลูมิเนียม - SAP (ผงอลูมิเนียมเผา)
ความหนาแน่นของวัสดุเหล่านี้เท่ากับความหนาแน่นของอะลูมิเนียม ซึ่งไม่ได้ด้อยกว่าในด้านความต้านทานการกัดกร่อน และยังสามารถใช้แทนไททาเนียมและเหล็กที่ทนต่อการกัดกร่อนได้เมื่อทำงานในช่วงอุณหภูมิ 250-500 °C ในแง่ของความแข็งแรงในระยะยาว พวกเขาจะเหนือกว่าโลหะผสมอลูมิเนียมดัด ความแข็งแรงในระยะยาวสำหรับโลหะผสม SAP-1 และ SAP-2 ที่ 500 °C คือ 45-55 MPa
โอกาสที่ยอดเยี่ยมสำหรับวัสดุที่มีการกระจายตัวของนิกเกิล
โลหะผสมนิกเกิลที่มีปริมาตร 2-3 % ทอเรียมไดออกไซด์หรือแฮฟเนียมไดออกไซด์ เมทริกซ์ของโลหะผสมเหล่านี้มักจะเป็นสารละลายที่เป็นของแข็งของ Ni + 20% Cr, Ni + 15% Mo, Ni + 20% Cr และ Mo โลหะผสม VDU-1 (นิกเกิลชุบแข็งด้วยทอเรียมไดออกไซด์), VDU-2 (ชุบนิกเกิลด้วยแฮฟเนียมไดออกไซด์) และ VD-3 (เมทริกซ์ Ni + 20% Cr ชุบแข็งด้วยทอเรียมออกไซด์) ได้รับการนำไปใช้อย่างกว้างขวาง โลหะผสมเหล่านี้มีความต้านทานความร้อนสูง วัสดุคอมโพสิตที่เสริมความแข็งแกร่งในการกระจายตัว เช่นเดียวกับวัสดุที่มีเส้นใย สามารถทนต่อการอ่อนตัวด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นและระยะเวลาการคงตัวที่อุณหภูมิที่กำหนด
3.3. ไฟเบอร์กลาส
ไฟเบอร์กลาสเป็นองค์ประกอบที่ประกอบด้วยเรซินสังเคราะห์ซึ่งเป็นสารยึดเกาะและฟิลเลอร์ใยแก้ว ในฐานะที่เป็นฟิลเลอร์จะใช้ใยแก้วแบบต่อเนื่องหรือแบบสั้น ความแข็งแรงของใยแก้วเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วโดยมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางลดลง (เนื่องจากอิทธิพลของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันและรอยแตกที่เกิดขึ้นในส่วนที่หนา) คุณสมบัติของไฟเบอร์กลาสยังขึ้นอยู่กับเนื้อหาของอัลคาไลในองค์ประกอบ ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของแก้วปราศจากด่างขององค์ประกอบอลูมิโนโบโรซิลิเกต
ใยแก้วที่ไม่เน้นมีเส้นใยสั้นเป็นสารตัวเติม ทำให้สามารถกดชิ้นส่วนต่างๆ ได้ รูปร่างซับซ้อน, พร้อมอุปกรณ์โลหะ วัสดุได้มาจากคุณลักษณะความแข็งแรงของไอโซโทปที่สูงกว่าผงอัดและเส้นใยมาก ตัวแทนของวัสดุดังกล่าว ได้แก่ เส้นใยแก้ว AG-4V เช่นเดียวกับ DSV (เส้นใยแก้วแบบมิเตอร์) ซึ่งใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนไฟฟ้ากำลัง, ชิ้นส่วนวิศวกรรมเครื่องกล (หลอด, ซีลปั๊ม ฯลฯ ) เมื่อใช้โพลีเอสเตอร์ที่ไม่อิ่มตัวเป็นสารยึดเกาะ จะได้รับ PSK พรีมิกซ์ (แป้งเปียก) และพรีพรีก AP และ PPM (อิงจากแผ่นรองแก้ว) Prepregs สามารถใช้กับผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างเรียบง่าย (ตัวรถ เรือ กล่องเครื่องมือ ฯลฯ)
ไฟเบอร์กลาสเชิงทิศทางมีสารตัวเติมในรูปของเส้นใยยาวจัดเรียงเป็นเส้นแยกตามทิศทางและติดกาวอย่างระมัดระวังด้วยสารยึดเกาะ ทำให้ไฟเบอร์กลาสมีความแข็งแรงสูง
ไฟเบอร์กลาสสามารถทำงานที่อุณหภูมิตั้งแต่ -60 ถึง 200 ° C เช่นเดียวกับในสภาพอากาศร้อนชื้น ทนต่อแรงเฉื่อยมากเกินไป
เมื่ออายุครบ 2 ปี ค่าสัมประสิทธิ์การเสื่อมสภาพ K = 0.5-0.7
รังสีไอออไนซ์มีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้า ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงสูงพร้อมข้อต่อและเกลียว
3.4. เส้นใยคาร์บอน
เส้นใยคาร์บอน (พลาสติกคาร์บอน) เป็นองค์ประกอบที่ประกอบด้วยสารยึดเกาะโพลีเมอร์ (เมทริกซ์) และสารเสริมแรงในรูปของเส้นใยคาร์บอน (เส้นใยคาร์บอน)
พลังงานสูง การเชื่อมต่อ CCเส้นใยคาร์บอนช่วยให้สามารถรักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงมาก (ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางและลดลงได้ถึง 2200 ° C) รวมทั้งที่ อุณหภูมิต่ำ. ปกป้องเส้นใยจากการเกิดออกซิเดชัน สารเคลือบป้องกัน(ไพโรไลติก). เส้นใยคาร์บอนไม่เหมือนกับใยแก้วตรงที่สารยึดเกาะทำให้เปียกได้ไม่ดี
(พลังงานพื้นผิวต่ำ) จึงมีการสลัก สิ่งนี้จะเพิ่มระดับการกระตุ้นของเส้นใยคาร์บอนโดยเนื้อหาของกลุ่มคาร์บอกซิลบนพื้นผิว แรงเฉือนระหว่างชั้นของคาร์บอนไฟเบอร์เพิ่มขึ้น 1.6-2.5 เท่า การใช้ผลึกหนวดเครา TiO, AlN และ SiN ช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของ interlayer ได้ 2 เท่าและแข็งแรงขึ้น 2.8 เท่า ใช้โครงสร้างเสริมเชิงพื้นที่
สารยึดเกาะเป็นโพลีเมอร์สังเคราะห์ (เส้นใยพอลิเมอร์คาร์บอน) โพลีเมอร์สังเคราะห์ภายใต้ไพโรไลซิส (เส้นใยคาร์บอนโค้ก); คาร์บอนไพโรไลติก (เส้นใยคาร์บอนไพโรคาร์บอน)
เส้นใยคาร์บอนอีพ็อกซี่ฟีนอล KMU-1l เสริมด้วยเทปคาร์บอน และ KMU-1u บนสายพ่วงที่เคลือบด้วยคริสตัลมัสสุ สามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงถึง 200 °C
คาร์โบไฟเบอร์ KMU-3 และ KMU-2l ได้มาจากสารยึดเกาะอีพอกซีอะนิลิโน - ฟอร์มาลดีไฮด์ซึ่งสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 100 ° C ซึ่งเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงที่สุด เส้นใยคาร์บอน KMU-2 และ
KMU-2l ที่ใช้สารยึดเกาะ polyimide สามารถใช้ได้ที่อุณหภูมิสูงถึง
300 องศาเซลเซียส
เส้นใยคาร์บอนมีความโดดเด่นด้วยความต้านทานความล้าแบบสถิตและไดนามิกสูง โดยคงคุณสมบัตินี้ไว้ที่อุณหภูมิปกติและต่ำมาก (ค่าการนำความร้อนสูงของเส้นใยจะป้องกันความร้อนในตัวของวัสดุเนื่องจากแรงเสียดทานภายใน) ทนทานต่อน้ำและสารเคมี หลังจากได้รับรังสีเอกซ์ในอากาศแล้ว E และ E แทบไม่เปลี่ยนแปลง
ค่าการนำความร้อนของคาร์บอนไฟเบอร์สูงกว่าค่าการนำความร้อนของไฟเบอร์กลาส 1.5-2 เท่า มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าดังนี้ = 0.0024-0.0034 Ohm cm (ตามแนวเส้นใย); ? \u003d 10 และ tg \u003d 0.001 (ที่ความถี่ปัจจุบัน 10 Hz)
เส้นใยคาร์โบกลาสประกอบด้วยเส้นใยแก้วคาร์บอนซึ่งช่วยลดต้นทุนของวัสดุ
3.5. คาร์บอนไฟเบอร์ที่มีคาร์บอนเมทริกซ์
วัสดุโค้กได้มาจากเส้นใยพอลิเมอร์คาร์บอนแบบธรรมดาที่ผ่านการไพโรไลซิสในบรรยากาศเฉื่อยหรือลดบรรยากาศ ที่อุณหภูมิ 800-1500 °C คาร์บอนไนซ์จะเกิดขึ้น ที่ 2500-3000 °C เส้นใยคาร์บอนกราไฟท์จะเกิดขึ้น เพื่อให้ได้วัสดุที่เป็นไพโรคาร์บอน ตัวชุบแข็งจะถูกจัดวางตามรูปร่างของผลิตภัณฑ์ และวางไว้ในเตาอบที่ผ่านก๊าซไฮโดรคาร์บอน (มีเทน) ภายใต้ระบอบการปกครองบางอย่าง (อุณหภูมิ 1100 °C และความดันตกค้าง 2660 Pa) มีเทนสลายตัวและคาร์บอนไพโรไลติกที่เป็นผลลัพธ์จะถูกสะสมบนเส้นใยของสารเสริมแรง ผูกมัดพวกมัน
โค้กที่เกิดขึ้นระหว่างไพโรไลซิสของสารยึดเกาะมีความแข็งแรงสูงในการยึดเกาะกับเส้นใยคาร์บอน ในเรื่องนี้ วัสดุคอมโพสิตมีคุณสมบัติทางกลและการระเหยสูง ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน
คาร์บอนไฟเบอร์ที่มีคาร์บอนเมทริกซ์ของประเภท KUP-VM ในแง่ของความแข็งแรงและแรงกระแทกนั้นเหนือกว่ากราไฟต์พิเศษ 5-10 เท่า เมื่อถูกความร้อนในบรรยากาศเฉื่อยและสุญญากาศ จะคงความแข็งแรงไว้ได้ถึง 2200
°C ออกซิไดซ์ในอากาศที่ 450 °C และต้องมีการเคลือบป้องกัน
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของเส้นใยคาร์บอนหนึ่งเส้นที่มีเมทริกซ์คาร์บอนสูง (0.35-0.45) และการสึกหรอต่ำ (0.7-1 ไมครอนสำหรับการเบรก)
3.6. เส้นใยโบรอน
เส้นใยโบรอนเป็นองค์ประกอบของสารยึดเกาะโพลีเมอร์และสารเสริมแรง - เส้นใยโบรอน
เส้นใยโบรอนมีความโดดเด่นด้วยแรงอัดสูง แรงเฉือน แรงเฉือนต่ำ ความแข็งสูงและโมดูลัสความยืดหยุ่น การนำความร้อนและไฟฟ้า โครงสร้างจุลภาคของเซลล์ของเส้นใยโบรอนให้แรงเฉือนสูงที่ส่วนต่อประสานกับเมทริกซ์
นอกจากเส้นใยโบรอนแบบต่อเนื่องแล้ว ยังใช้กลาไซต์โบรอนที่ซับซ้อน ซึ่งเส้นใยโบรอนขนานกันหลายเส้นถูกถักด้วยใยแก้ว ซึ่งทำให้มิติมีเสถียรภาพ การใช้เส้นใยแก้วโบรอนช่วยให้กระบวนการผลิตวัสดุง่ายขึ้น
สารยึดเกาะอีพ็อกซี่และโพลิอิไมด์ดัดแปลงถูกใช้เป็นเมทริกซ์เพื่อให้ได้เส้นใยโบรอน เส้นใยโบรอน KMB-1 และ
KMB-1k ได้รับการออกแบบสำหรับการทำงานระยะยาวที่อุณหภูมิ 200 °C; KMB-3 และ KMB-3k ไม่ต้องการ ความดันสูงระหว่างการประมวลผลและสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิไม่เกิน 100 ° C KMB-2k ทำงานที่อุณหภูมิ 300 °C
เส้นใยโบรอนมีความทนทานต่อการล้าสูง ทนทานต่อการแผ่รังสี น้ำ ตัวทำละลายอินทรีย์ เชื้อเพลิง และสารหล่อลื่น
3.7. เส้นใยอินทรีย์
เส้นใยอินทรีย์เป็นวัสดุคอมโพสิตที่ประกอบด้วยสารยึดเกาะโพลีเมอร์และสารเสริมแรง (ฟิลเลอร์) ในรูปของเส้นใยสังเคราะห์ วัสดุดังกล่าวมีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งจำเพาะค่อนข้างสูงและมีเสถียรภาพภายใต้การกระทำของโหลดแบบสลับกันและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว สำหรับเส้นใยสังเคราะห์ การสูญเสียความแข็งแรงระหว่างกระบวนการผลิตสิ่งทอมีน้อย มีความไวต่อความเสียหายน้อยกว่า
สำหรับเส้นใยอวัยวะ ค่าของโมดูลัสความยืดหยุ่นและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นของสารชุบแข็งและสารยึดเกาะจะใกล้เคียงกัน
มีการแพร่กระจายของส่วนประกอบของสารยึดเกาะไปยังเส้นใยและปฏิกิริยาเคมีระหว่างกัน โครงสร้างของวัสดุไม่มีข้อบกพร่อง ความพรุนไม่เกิน 1-3% (ในวัสดุอื่น 10-20%) ดังนั้นความเสถียรของคุณสมบัติทางกลของเส้นใยออร์แกนิกที่มีอุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว การกระทำของแรงกระแทกและโหลดแบบวนรอบ แรงกระแทกสูง (400-700kJ/m²) ข้อเสียของวัสดุเหล่านี้คือกำลังรับแรงอัดที่ค่อนข้างต่ำและการคืบสูง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเส้นใยยืดหยุ่น)
เส้นใยอินทรีย์มีความทนทานต่อ สภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวและในภูมิอากาศแบบเขตร้อนชื้น คุณสมบัติของไดอิเล็กตริกสูงและค่าการนำความร้อนต่ำ Organofibers ส่วนใหญ่สามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิ 100-150 °C และใช้สารยึดเกาะ polyimide และเส้นใย polyoxadiazole ที่อุณหภูมิ 200-300 °C
ที่ วัสดุผสมพร้อมกับเส้นใยสังเคราะห์ ใช้เส้นใยแร่ (แก้ว เส้นใยคาร์บอน และเส้นใยโบรอน) วัสดุดังกล่าวมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งมากกว่า
ไม่จำกัดขอบเขตการใช้วัสดุคอมโพสิต ใช้ในการบินสำหรับชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักมากของเครื่องบิน (ผิวหนัง เสา ซี่โครง แผง ฯลฯ) และเครื่องยนต์ (ใบพัดคอมเพรสเซอร์และเทอร์ไบน์ ฯลฯ) ในเทคโนโลยีอวกาศสำหรับหน่วยโครงสร้างรับน้ำหนักของยานพาหนะที่ต้องได้รับความร้อน , สำหรับส่วนประกอบที่ทำให้แข็ง, แผง , ในอุตสาหกรรมยานยนต์เพื่อทำให้ตัวถัง สปริง, เฟรม, แผงตัวถัง, กันชน ฯลฯ ในอุตสาหกรรมยานยนต์เบาลง ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ (เครื่องมือเจาะ ชิ้นส่วนรถเกี่ยวข้าว ฯลฯ) ในงานวิศวกรรมโยธา (ช่วงสะพาน, องค์ประกอบของโครงสร้างสำเร็จรูปของอาคารสูง ฯลฯ ) เป็นต้น) และในด้านอื่น ๆ ของเศรษฐกิจของประเทศ
การใช้วัสดุคอมโพสิตทำให้เกิดการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพใหม่ในการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ กำลังและการติดตั้งระบบขนส่ง การลดน้ำหนักของเครื่องจักรและอุปกรณ์
เทคโนโลยีในการรับผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปและผลิตภัณฑ์จากวัสดุคอมโพสิตได้รับการพัฒนาอย่างดี
วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ ได้แก่ เส้นใยโพลีเมอร์คาร์บอนใช้ในอุตสาหกรรมการต่อเรือและยานยนต์ (ตัวถังรถยนต์ แชสซี ใบพัด) แบริ่ง, แผงทำความร้อน, อุปกรณ์กีฬา, ชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์ทำจากพวกเขา เส้นใยคาร์บอนโมดูลัสสูงใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน อุปกรณ์สำหรับอุตสาหกรรมเคมี อุปกรณ์เอ็กซเรย์และเพื่อน
คาร์บอนไฟเบอร์คาร์บอนเมทริกซ์แทนที่กราไฟท์ประเภทต่างๆ ใช้สำหรับป้องกันความร้อน จานเบรกเครื่องบิน อุปกรณ์ทนสารเคมี
ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเส้นใยโบรอนใช้ในเทคโนโลยีการบินและอวกาศ (โปรไฟล์ แผง ใบพัดและใบพัดคอมเพรสเซอร์ ใบพัด และเพลาส่งกำลังของเฮลิคอปเตอร์ ฯลฯ)
Organofibers ถูกใช้เป็นวัสดุโครงสร้างที่เป็นฉนวนในอุตสาหกรรมไฟฟ้าและวิทยุ เทคโนโลยีการบิน และวิศวกรรมยานยนต์ ท่อ, ภาชนะสำหรับรีเอเจนต์, สารเคลือบตัวเรือและอื่น ๆ ทำจากสิ่งเหล่านี้
สามารถดูประกาศซื้อขายอุปกรณ์ได้ที่
คุณสามารถพูดคุยเกี่ยวกับข้อดีของเกรดโพลีเมอร์และคุณสมบัติของเกรดได้ที่
ลงทะเบียนบริษัทของคุณในสารบบธุรกิจ
คุณสมบัติของการออกแบบและการใช้งานผลิตภัณฑ์จาก CM
เมื่อออกแบบ การผลิต และแนะนำผลิตภัณฑ์จากวัสดุคอมโพสิตที่มีสารตัวเติมเส้นใย (FFM) ไม่ใช่จำเป็นต้องคำนึงถึงคุณลักษณะหลายประการที่มีอยู่ในวัสดุประเภทนี้:
ก) Anisotropy ของลักษณะทางกายภาพและทางกลของ VKM
หากวัสดุแบบดั้งเดิม (เหล็ก เหล็กหล่อ) เช่นเดียวกับ CM ที่ชุบแข็งแบบกระจาย มีคุณสมบัติไอโซโทรปิก ดังนั้น VCM จะมีลักษณะเฉพาะที่เด่นชัด ด้วยความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในลักษณะของการเสริมแรงแบบเส้นใยและเมทริกซ์ อัตราส่วนระหว่างลักษณะของ VKM ในทิศทางที่ต่างกันอาจแตกต่างกันไป Xia ภายในช่วงกว้าง: จาก 3-5 ครั้งถึง 100 ครั้งหรือมากกว่า
ข) เมื่อออกแบบโครงสร้าง โครงสร้างที่ทำจากวัสดุดั้งเดิม นักออกแบบจะจัดการกับผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปในรูปแบบแผ่น เหล็กกล้า ผลิตภัณฑ์รีดขึ้นรูป การหล่อ ฯลฯ พร้อมรับประกันซัพพลายเออร์คุณสมบัติของคอม งานของเขาคือการเลือกผ้ากึ่งสำเร็จรูปที่เหมาะสม kats กำหนดเรขาคณิตตามวัตถุประสงค์การใช้งานและวิธีการเชื่อมต่อแต่ละส่วน งานของนักเทคโนโลยีคือการจัดเตรียมรูปร่าง ขนาด และคุณภาพของการเชื่อมต่อของโครงสร้างที่ต้องการ องค์ประกอบ การวิเคราะห์กระบวนการที่เกิดขึ้นในทุกขั้นตอนของการสร้างผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป เพื่อให้ได้วัสดุที่มีระดับตัวละครที่ต้องการ teristic เป็นของความสามารถของนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ มีเวลา การเปลี่ยนแปลงและการแบ่งองค์กรของกระบวนการรับสินค้าจาก วัสดุดั้งเดิมเป็นสามขั้นตอน:
- วัสดุศาสตร์- ได้วัสดุตามที่กำหนด ฮาลักษณะเฉพาะ;
- ออกแบบ- การออกแบบผลิตภัณฑ์โครงสร้าง
- เทคโนโลยี- การผลิตผลิตภัณฑ์และเครื่องจักร
ขั้นตอนเหล่านี้แยกจากกันตามเวลาและถือว่าไม่เกี่ยวข้องกันกันเอง ถ้าผู้ออกแบบได้รับคำแนะนำจากลักษณะของวัสดุที่นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุบรรลุผลและมีแนวคิดทั่วไป เกี่ยวกับระดับของเทคโนโลยีสมัยใหม่
การผลิตโครงสร้างจาก CM เกิดขึ้นตามกฎในการดำเนินการทางเทคโนโลยีเดียวกับการสร้างวัสดุ ในเวลาเดียวกัน ซิงโครนัส แต่ด้วยการผลิตโครงสร้างที่ซับซ้อนทางเคมีกายภาพและกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของโครงสร้างและการแปลงรวมของเมทริกซ์ การมีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุเสริมแรง พวกมันมาพร้อมกับปรากฏการณ์ทางกลโดยตรง ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติของวัสดุและ ความจุแบริ่งคอมโพสิตชิ้นส่วนในการก่อตัวของข้อบกพร่องในสถานะที่ไม่ได้บรรจุดังนั้นนักออกแบบที่ออกแบบผลิตภัณฑ์จาก CM จึงต้องรู้จักและคำนึงถึงหลักวัสดุศาสตร์ในการสร้าง CM เมื่อพัฒนา และวิธีการทางเทคโนโลยีในการรับสินค้าจาก CM. นักเทคโนโลยีที่ไม่มีความรู้ด้านการออกแบบเกี่ยวกับการโหลดและสภาพการใช้งานสร้างของผลิตภัณฑ์จาก VKM ของฉันไม่สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้ความแตกต่างระหว่าง KM และวัสดุดั้งเดิมเพราะ คุณสมบัติของ CM ขึ้นอยู่กับปัจจัยโครงสร้างและเรขาคณิต (ปริมาณของเส้นใยเสริมแรงและเมทริกซ์ จำนวนและการจัดเรียงของชั้น และ เป็นต้น) ซึ่งไม่ทราบล่วงหน้า ดังนั้นแนวทางจะต้องโครงสร้างและเทคโนโลยี และสิ่งนี้เป็นตัวกำหนดคุณลักษณะขององค์กรความเป็นไปได้ในการผลิตผลิตภัณฑ์จาก CM.
ใน)เนื่องจากความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดระหว่างขั้นตอนการผลิตการออกแบบจาก KM - การสร้างวัสดุโครงสร้างและเทคโนโลยีเพื่อให้ได้มา - การใช้สำนักงานออกแบบเฉพาะทางจะมีประสิทธิภาพมากขึ้นมีศักยภาพด้านการออกแบบและเทคโนโลยีครบครันด้วยเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และการผลิตเชิงทดลองที่ทรงพลังแต่ยืดหยุ่นทรัพย์สินเพราะทุกอย่าง การตัดสินใจที่สร้างสรรค์จำเป็นต้องออกกำลังกายทดสอบผลิตภัณฑ์ต้นแบบ แคมเปญดังกล่าวในองค์กรการผลิตควรอยู่ในทุกอุตสาหกรรมที่มีการใช้ CM อย่างแพร่หลายใบสมัคร: ก่อสร้าง, ขนส่ง, การบิน, เคมีภัณฑ์อุตสาหกรรมยางรถยนต์ อุตสาหกรรมไฟฟ้า เป็นต้น เพราะ ก่อนความต้องการของพวกเขาแตกต่างกันมาก
ช)เมื่อออกแบบชิ้นส่วนจากพอลิเมอร์ CM จำเป็นคำนึงถึงข้อบกพร่องของพวกเขา:
แรงเฉือนต่ำ
ประสิทธิภาพการบีบอัดต่ำ
คืบคลานเพิ่มขึ้น;
ความต้านทานความร้อนค่อนข้างต่ำของ PCM
ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับข้อต่อของผลิตภัณฑ์ PCM เนื่องจากแรงเฉือนและแรงสัมผัสต่ำ
จ)แม้จะมีความสนใจอย่างมากในปัญหาของรัฐที่ จำกัด niya วิธีการที่เชื่อถือได้ในการกำหนดระยะขอบความปลอดภัยองค์ประกอบโครงสร้างจาก KM หมายเลข เนื่องจากความซับซ้อนของปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความแข็งแกร่งของผลิตภัณฑ์ CM มูลค่าของ การเลือกวิธีการในการประมวลผลผลการทดสอบทดลองนิวยอร์ก
ปัจจุบัน การประเมินความแข็งแกร่งของโครงสร้าง CM ประกอบด้วยชุดการทดสอบ ได้แก่
การทดสอบโหลดการทำงาน 100%;
การทดสอบแบบคัดเลือกพร้อมการนำโครงสร้างไปสู่การทำลายล้างนียา
การประกันคุณภาพและความสำเร็จของการทดสอบทั้งสองประเภทนี้ทำให้มีเสถียรภาพ กระบวนการทางเทคโนโลยี.
ที่ ปีที่แล้วการประเมินความแข็งแกร่งของแต่ละส่วนโดยใช้วิธีการทดสอบแบบไม่ทำลายจะต้องมาก่อนniya - อัลตราซาวนด์, การปล่อยเสียง ฯลฯ
จ)การกำหนดความคลาดเคลื่อนและความพอดีของชิ้นส่วนจาก KM
เพราะ การก่อตัวของพื้นผิวในผลิตภัณฑ์ CM เกิดขึ้นได้หลายวิธี (การม้วน การกด การวาง ฯลฯ) และพวกมัน ส่วนใหญ่มักไม่เปิดเผย เครื่องจักรกลจากนั้นระบบถึงการเปิดตัวและข้อกำหนดสำหรับความสะอาดพื้นผิวควรสร้างขึ้นอย่างมากยืดหยุ่นได้. แนวทางที่คล้ายคลึงกันควรนำไปใช้กับการควบคุมการกระจายมวลที่เกี่ยวข้องกับการกระเจิงของพารามิเตอร์ของวัสดุเริ่มต้นและอัตราส่วนใน CM ลักษณะที่ปรากฏในกระบวนการทางเทคโนโลยี ปริมาณแตกต่างกันในทิศทางของสารตัวเติม ฯลฯ
และ)การเปลี่ยนไปใช้ KM ในการผลิตผลิตภัณฑ์ทางวิศวกรรมส่งผลต่อรายละเอียดของส่วนประกอบเครื่องจักร เพราะ วัสดุต่อต้าน ถูกสตรีมเฉพาะส่วนที่ไม่พึงปรารถนาที่จะทำการกลึงต่อไปในอนาคตก็เพิ่มขึ้นแน่นอนคำถามของการเข้าร่วมแต่ละส่วน วิธีการผลิต ส่วนประกอบที่คล้ายคลึงกันของเครื่องจักรที่ทำด้วยโลหะ ในกรณีนี้ ma . อย่างใดอย่างหนึ่งไม่ได้ผลหรือไม่เป็นที่ยอมรับเลย ในเรื่องนี้ขอแนะนำมันแตกต่างจากการประกอบทั้งหมดจาก CM ซึ่งก่อนหน้านี้แบ่งออกเป็นซีรีย์ชิ้นส่วนซึ่งประกอบเป็นผลิตภัณฑ์โดยใช้การเชื่อมต่อแบบถอดได้หรือแบบถาวร ทิศทางนี้ได้ผลมากเพราะ ค่าแรงและค่าพลังงานลดลง แม้ว่าการปฏิบัติงานจะลดลงก็ตามวิทยุต้องมีการปรับโครงสร้างใหม่ อุปกรณ์เทคโนโลยีและกระบวนการผลิต
ตัวอย่างเช่น ในสหรัฐอเมริกาในปี 1970 การผลิตรถยนต์นั่งส่วนบุคคลจำนวนมาก รถยนต์, แผงด้านหน้าได้รับการแนะนำด้วยการเปิดสำหรับซับในหม้อน้ำทำจากแผ่น KM เป็นครั้งแรก นอกเหนือจากด้านล่างการลดน้ำหนักลง 50% การบริโภคลดลงอย่างมาก dov โดยการรวมหลายส่วนเป็นหนึ่งเดียว แผงแบบชิ้นเดียวนี้ได้ขจัดการปั๊มโลหะแผ่น กลไก การตัดเฉือนและการประกอบ ขจัดความเครียดที่เกี่ยวข้องpy, แบบฟอร์มและอุปกรณ์จับยึดเครื่อง เธอยูไนเต็ด 16การตีขึ้นรูปแผ่นและชิ้นส่วนฉีดขึ้นรูปในชิ้นเดียวจาก กม. ในปี 1979 รถยนต์นั่งส่วนบุคคลมากกว่า 35 รุ่นเริ่มใช้แผงด้านหน้าของ KM รวมถึงตัวเรือนและซ็อกเก็ตไฟหน้าไฟจอดรถ ไฟเบรก ไฟเลี้ยว และไฟบอกตำแหน่ง
ชม)จำเป็นต้องเปลี่ยนแนวทางในการกำหนดประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของการใช้ CM ตามกฎแล้วผลกระทบทางเศรษฐกิจของการประยุกต์ใช้ CM เกิดขึ้นที่ "ผู้บริโภค" ในรูปแบบของการเพิ่มชั้นเชิงเทคนิคร่วม, ลักษณะการทำงานผลิตภัณฑ์ ความทนทาน การบำรุงรักษา ฯลฯ ดังนั้นผลกระทบทางเศรษฐกิจกำหนดได้โดยใช้วิธีการที่เป็นระบบเท่านั้น เรียนรู้ ซึ่งส่วนประกอบทั้งหมดของผลกระทบโดยรวมของการเปลี่ยนแบบดั้งเดิมเนื้อหาเกี่ยวกับ KM และการเปลี่ยนผ่านไปสู่เทคโนโลยีใหม่ในการผลิต nii รายละเอียดหรือโครงสร้างโดยรวม
เฉพาะบุคคลโดยคำนึงถึงคุณสมบัติที่กำหนด ทำให้การเปลี่ยนไปใช้ CM แทนโลหะมีประสิทธิภาพและมีแนวโน้มเปิดโลกทัศน์ใหม่สำหรับการพัฒนาและ การปรับปรุงเทคโนโลยี
ตามชนิดของสารเสริมแรง CM สมัยใหม่สามารถ แบ่งออกเป็นสองกลุ่ม:
กระจายตัวแข็ง;
เส้นใย.
กระจายตัวแข็ง วัสดุคอมโพสิต (PCM) เป็นวัสดุในเมทริกซ์ซึ่งมีการกระจายอนุภาคละเอียดอย่างเท่าเทียมกัน ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อให้มีบทบาทในการเสริมความแข็งแกร่งอนุภาคฟิลเลอร์ที่กระจายตัวถูกนำเข้าสู่เมทริกซ์ด้วยวิธีการทางเทคโนโลยีพิเศษ อนุภาคไม่ควรมีปฏิสัมพันธ์กับเมทริกซ์อย่างแข็งขันและไม่ควรละลายในนั้นจนถึงอุณหภูมิหลอมเหลว ในวัสดุเหล่านี้ เมทริกซ์รับน้ำหนักหลัก ซึ่งโครงสร้างถูกสร้างขึ้นเนื่องจากเฟสเสริมแรง ทำให้ยาก การเคลื่อนไหวของความคลาดเคลื่อน CM ที่ชุบแข็งแบบกระจายเป็นแบบไอโซโทรปิก พวกเขาใช้ในการบิน วิทยาศาสตร์จรวด ฯลฯ เนื้อหาของกระจัดกระจาย เฟสอยู่ที่ ~5-7% (หลอด สายไฟ ฟอยล์ แท่ง ฯลฯ)
กลไกของผลกระทบจากการชุบแข็งจากการรวมอนุภาคที่กระจายตัวในเมทริกซ์นั้นแตกต่างกันไปสำหรับ DUCM ประเภทต่างๆ
1) วัสดุคอมโพสิตเสริมแรงแบบกระจาย "เมทริกซ์พลาสติก - ฟิลเลอร์เปราะ"
สำหรับวัสดุประเภทนี้ สามารถใช้แทนเมทริกซ์ได้ เช่น Al, Ag, Cu, Ni, Fe, Co, Ti สารประกอบจากออกไซด์ (Al 2 O 3 ; SiO 2 ; Cr 2 O 3 ; ThO 2 ; TiO 2 ), คาร์ไบด์ (SiC ; TiC ), ไนไตรด์ (Si 3 N 4 ; AlN ), บอไรด์ (TiB 2 ; CrB 2 ; ZrB 2).
จากข้อมูลการทดลอง สามารถกำหนดข้อกำหนดต่อไปนี้สำหรับวัสดุตัวเติมเพื่อให้มั่นใจว่าการใช้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดในระยะเสริมความแข็งแรง เขาต้องมี:
การหักเหของแสงสูง ( t pl . > 1000 ° จาก);
ความแข็งสูงและโมดูลัสความยืดหยุ่นสูง
การกระจายตัวสูง (พื้นที่ผิวจำเพาะ - S sp≥ 10 นาที 2 /กรัม);
ไม่ควรมีการรวมตัวกัน (ฟิวชั่น) ของอนุภาคที่กระจัดกระจายในกระบวนการผลิตและการใช้งาน
อัตราการแพร่กระจายของอนุภาคที่กระจัดกระจายไปยังเมทริกซ์โลหะควรมีค่าต่ำ
กลไกการชุบแข็ง วัสดุคอมโพสิต "เมทริกซ์พลาสติก - ฟิลเลอร์เปราะ".
การชุบแข็งจะดำเนินการตามกลไกการเคลื่อนที่: หากระยะห่างระหว่างอนุภาคเพียงพอ ความคลาดเคลื่อนจะโค้งงอระหว่างกันภายใต้การกระทำของความเค้นเฉือน ส่วนต่างๆ ของมันจะอยู่ด้านหลังแต่ละอนุภาค ทำให้เกิดลูปรอบอนุภาค ในบริเวณระหว่างลูปความคลาดเคลื่อนจะเกิดสนามความเค้นแบบยืดหยุ่นซึ่งทำให้ยากต่อการผลักความคลาดเคลื่อนใหม่ระหว่างอนุภาค (รูปที่ 1) สิ่งนี้ทำให้มีความต้านทานต่อนิวเคลียส (การเริ่มต้น) ของรอยแตกเพิ่มขึ้น
ข้าว. หนึ่ง. การแสดงแผนผังของกระบวนการสร้างลูปความคลาดเคลื่อนในเมทริกซ์พลาสติก:
1 – อนุภาคกระจาย; 2 - เส้นของความคลาดเคลื่อน; 3 – ลูปความคลาดเคลื่อน; 4 – สนามความเค้นยืดหยุ่น;
d คือขนาดอนุภาคฟิลเลอร์ L คือระยะห่างระหว่างอนุภาคฟิลเลอร์ที่อยู่ติดกัน
τ คือทิศทางของแรงเฉือน
ใบเสร็จ วัสดุคอมโพสิต "เมทริกซ์พลาสติก - ฟิลเลอร์เปราะ".
ในกรณีทั่วไป ลำดับของการดำเนินการทางเทคโนโลยีเพื่อให้ได้ DUCM ของประเภท "พลาสติกเมทริกซ์ - ฟิลเลอร์เปราะ" มีดังนี้:
ก) การได้มาซึ่งผงผสม;
ข) กด;
c) การเผาผนึก;
d) การเสียรูปของผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูป
จ) การหลอม
2) วัสดุคอมโพสิตเสริมแรงแบบกระจาย "เมทริกซ์เปราะ - ฟิลเลอร์พลาสติก"
โครงสร้างของ DCCM ดังกล่าวแสดงโดยเมทริกซ์เซรามิกที่มีอนุภาคฟิลเลอร์โลหะกระจายอยู่อย่างสม่ำเสมอ คอมโพสิตเหล่านี้อยู่ในชั้นของเซอร์เม็ท ระยะห่างระหว่างอนุภาคที่อยู่ติดกันถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนเศษส่วนของปริมาตร และผลของการเสริมแรงสามารถปรากฏออกมาได้เมื่อเนื้อหาของอนุภาคอยู่ที่ 15-20% โดยปริมาตร
ในเฟสเซรามิก สามารถใช้ออกไซด์ของวัสดุทนไฟและสารประกอบที่ไม่ใช่ออกไซด์ของวัสดุทนไฟได้: Al 2 O 3, 3Al 2 O 3∙ 2SiO 2 , Cr 2 O 3 , ZrO 2 , ThO 2 , Y 2 O 3 , Si 3 N 4 , TiN , ZrN , BN, ZrB 2 , TiB 2 , NbB 2 , HfB 2 เป็นเฟสโลหะ - Fe, Co, Ni, Si, Cu, W, Mo, Cr, Nb, Ta, V, Zr, Hf, Ti การเลือกคู่เซอร์เมต์เฉพาะแต่ละคู่เพื่อให้ได้คอมโพสิตนั้นเกิดจากความเป็นไปได้ในการสร้างส่วนต่อประสานที่เสถียรอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาระหว่างโซลิดเฟสที่อุณหภูมิไม่เกินอุณหภูมิหลอมเหลวของส่วนประกอบที่หลอมละลายได้มากที่สุดของทั้งคู่ หรืออุณหภูมิของ การก่อตัวของยูเทคติกละลาย
กลไกการยับยั้งการทำลายวัสดุคอมโพสิต "เมทริกซ์เปราะ - ฟิลเลอร์พลาสติก" .
กระบวนการทำลายคอมโพสิตดังกล่าวสามารถแบ่งออกเป็นสองขั้นตอนตามเงื่อนไข ในระยะแรก ระหว่างการโหลด การแตกหักแบบเปราะจะเกิดขึ้นครั้งแรกในเมทริกซ์เนื่องจากความเข้มข้นของความเค้นที่เพิ่มขึ้นบน microheterogeneitiesโครงสร้างของมัน: micropores, ขอบของเมล็ดพืช, เมล็ดพืชขนาดใหญ่ไม่เท่ากัน เมื่อถึงระดับความเครียดวิกฤต รอยร้าวก็เริ่มต้นขึ้น
ในขั้นตอนที่สอง รอยแตกที่ขยายพันธุ์จะทำปฏิกิริยากับอนุภาคโลหะพลาสติก (รูปที่ 2): ความเค้นสูงสุดกระทำที่ส่วนปลาย ซึ่งนำไปสู่การเสียรูป การยืดตัว และการแตกร้าวของอนุภาคโลหะ ในกรณีนี้ งานทำลายวัสดุคอมโพสิตนี้จะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเปรียบเทียบกับลักษณะเฉพาะของวัสดุที่ไม่เสริมแรง สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากต้นทุนของพลังงานรอยแตกสำหรับงานการเปลี่ยนรูปพลาสติกของอนุภาคทั้งหมดที่เข้าสู่ด้านหน้าของรอยแตก เป็นผลให้ความต้านทานต่อการเกิดรอยแตกเพิ่มขึ้นเนื่องจากขอบของมันทับซ้อนกันด้วย "สะพานเชื่อมต่อ" ที่ทำจากโลหะดัด
ข้าว. 2. ภาพประกอบของกระบวนการยับยั้งการแตกหักในเมทริกซ์เปราะ:
1 – อนุภาคโลหะที่อยู่ด้านหน้าของรอยแตก; 2 - "สะพานสื่อสาร" ก่อตัวขึ้น พิการ
อนุภาคโลหะ 3 – ทำลายอนุภาคโลหะ; 4 – ขอบแตก;σ R- ความเค้นแรงดึง
ใบเสร็จ วัสดุคอมโพสิต "เมทริกซ์เปราะ - ฟิลเลอร์พลาสติก".
ลำดับของการดำเนินการทางเทคโนโลยีที่ใช้เพื่อให้ได้:
ก) การได้มาซึ่งส่วนผสมของผงผสม;
b) ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับส่วนผสมของสารยึดเกาะอินทรีย์
ค) กด;
d) การกำจัดสารยึดเกาะอินทรีย์;
จ) การเผาผนึก;
ฉ) การตัดเฉือน
เพื่อให้แน่ใจว่าการบีบอัด (การทำให้เป็นพลาสติก) ของส่วนผสมของผงของส่วนประกอบ สารยึดเกาะอินทรีย์ถูกนำมาใช้โดยการผสมกับสารละลายของสารอินทรีย์บางชนิด (โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ โพลีไวนิลบิวทิรัล, เอทิลีนไกลคอล, ยาง ฯลฯ) ตามด้วยการทำให้แห้งเพื่อเอาตัวทำละลายออก จากการดำเนินการนี้ อนุภาคแต่ละส่วนของส่วนผสมที่เป็นผงจะถูกเคลือบด้วยพลาสติไซเซอร์บางๆ จากนั้น เมื่อใช้แรงกดกับส่วนผสมของผงที่เทลงในแม่พิมพ์ อนุภาคของมันจะเกาะติดกับชั้นของพลาสติไซเซอร์ หลังจากผ่านกรรมวิธีทางความร้อนของผลิตภัณฑ์ในสุญญากาศหรือในผงเติมของอลูมินาหรือคาร์บอนแบล็ค สารยึดเกาะจะถูกลบออกที่อุณหภูมิ การทำลายความร้อนหรือการเผาไหม้ (300 - 400° จาก). หลังจากกำจัดสารยึดเกาะอินทรีย์ อนุภาคในปริมาตรของผลิตภัณฑ์จะยังคงอยู่เนื่องจากแรงเสียดทานเป็นหลัก อุณหภูมิการเผาผนึกของคอมโพสิตถูกจำกัดโดยอุณหภูมิการเผาผนึกของเมทริกซ์เซรามิก ดำเนินการในตัวกลางก๊าซที่เป็นกลาง (อาร์กอน ฮีเลียม) หรือในสุญญากาศ หากจำเป็น วัสดุที่เผาแล้วจะถูกตัดเฉือนโดยใช้เครื่องมือเพชร
เส้นใย KMสามารถจำแนกได้ตามชนิดของสารตัวเติมเสริมแรง ในการผลิตแก้วความแข็งแรงสูง, คาร์บอน, โบรอน, เส้นใยอินทรีย์, ลวดโลหะ, หนวดของคาร์ไบด์จำนวนหนึ่ง, ออกไซด์ ไนไตรด์ เป็นต้น
วัสดุเสริมแรงใช้ในรูปแบบของเส้นใยเดี่ยว, เกลียว, มัด, ตาข่าย, ผ้า, เทป, ผืนผ้าใบ CM ที่เป็นเส้นใยสามารถแยกแยะได้โดยวิธีการเสริมกำลัง: เชิงและสุ่ม (สุ่ม) ในกรณีแรก คอมโพสิตมีคุณสมบัติแอนไอโซโทรปีที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ในวินาที พวกมันเป็นเสมือนไอโซทรอปิก เศษส่วนปริมาตร สารตัวเติมในเส้นใย CM คือ 60-70%
ตามประเภทของเมทริกซ์ คอมโพสิตคือ:
พอลิเมอร์ (PCM);
โลหะ (MKM);
เซรามิก (KKM);
- คาร์บอน-คาร์บอน(ยูเคเอ็ม).
วัสดุพอลิเมอร์คอมโพสิต - นี่คือ heterophasicวัสดุผสมที่มีเฟสพอลิเมอร์ต่อเนื่อง (เมทริกซ์) ซึ่งสารตัวเติมที่เป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซจะถูกกระจายแบบสุ่มหรือในลำดับที่แน่นอน สารเหล่านี้เติมส่วนหนึ่งของปริมาตรของเมทริกซ์ซึ่งจะช่วยลดการใช้วัตถุดิบที่หายากหรือมีราคาแพงและ (หรือ) แก้ไของค์ประกอบให้มีคุณสมบัติที่จำเป็นเนื่องจากวัตถุประสงค์คุณสมบัติของกระบวนการผลิตทางเทคโนโลยีและ การประมวลผลตลอดจนสภาพการทำงานของผลิตภัณฑ์ ถึงพวกเขา รวมถึงพลาสติกส่วนใหญ่, ยาง, สีและวาร์นิช, สารประกอบโพลีเมอร์, สารยึดติด ฯลฯ
ขึ้นอยู่กับชนิดของพอลิเมอร์เมทริกซ์ เทอร์โมพลาสติกที่เติม เทอร์โมพลาสติก (ตาม โพลิเอทิลีน โพลิไวนิลคลอไรด์ คาพรอน เป็นต้น), เรซินสังเคราะห์ (โพลีเอสเตอร์, อีพ็อกซี่ฟีนอลิกและอื่น ๆ.)และยางพารา . ขึ้นอยู่กับชนิดของสารตัวเติม PCM แบ่งออกเป็นพลาสติกที่เติมอนุภาค (สารตัวเติม - อนุภาคกระจายรูปร่างต่าง ๆ รวมถึงเส้นใยสับ) พลาสติกเสริมแรง(ประกอบด้วยสารเสริมแรงของโครงสร้างเส้นใยต่อเนื่อง), พลาสติกที่เติมแก๊ส, เติมน้ำมันยาง; ตามลักษณะของสารตัวเติม โพลีเมอร์ที่เติมจะแบ่งออกเป็นแอสโบพลาสติก (ฟิลเลอร์-ใยหิน) ชั้นกราไฟต์ (กราไฟต์) ไม้ลามิเนต(ไม้วีเนียร์ไม้), ไฟเบอร์กลาส (ไฟเบอร์กลาส), คาร์บอนไฟเบอร์ (คาร์บอนไฟเบอร์), ออร์กาโนพลาสติก (เส้นใยเคมี), โบโรพลาสติ(เส้นใยโบรอน) เป็นต้น รวมทั้งลูกผสมหรือ polyfibreพลาสติก (ฟิลเลอร์ผสมเส้นใยต่างๆ)
ตามวิธีการผลิต PCM สามารถแบ่งออกเป็น: การวาง, คดเคี้ยว, pultrusion, การกด ฯลฯ
