ในประวัติศาสตร์ของการพัฒนาเทคโนโลยี ทิศทางสำคัญสองประการสามารถแยกแยะได้:
เป็นการยากที่จะบอกว่าสิ่งใดสำคัญกว่ากันเพราะ พวกมันค่อนข้างสัมพันธ์กัน แต่ไม่มีการพัฒนาวัสดุ ความก้าวหน้าทางเทคนิคเป็นไปไม่ได้ในหลักการ ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่นักประวัติศาสตร์แบ่งยุคอารยธรรมยุคแรกออกเป็นยุคหิน ยุคสำริด และยุคเหล็ก
ศตวรรษที่ 21 ในปัจจุบันสามารถนำมาประกอบกับอายุของวัสดุคอมโพสิต (คอมโพสิต)
แนวคิดของวัสดุคอมโพสิตก่อตัวขึ้นในช่วงกลางของศตวรรษที่ 20 อย่างไรก็ตาม คอมโพสิตไม่ใช่ปรากฏการณ์ใหม่แต่อย่างใด แต่เป็นเพียงคำศัพท์ใหม่ที่นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุกำหนดขึ้นเพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกำเนิดของวัสดุสมัยใหม่ วัสดุก่อสร้าง.
วัสดุคอมโพสิตรู้จักกันมานานหลายศตวรรษ ตัวอย่างเช่น ในบาบิโลน ต้นอ้อถูกนำมาใช้เพื่อเสริมความแข็งแรงของดินเหนียวในการก่อสร้างที่อยู่อาศัย และชาวอียิปต์โบราณได้เพิ่มฟางสับลงในอิฐดินเหนียว ใน กรีกโบราณเสาหินอ่อนเสริมด้วยเหล็กเส้นในระหว่างการก่อสร้างพระราชวังและวัด ในปี ค.ศ. 1555-1560 เมื่อสร้างมหาวิหารเซนต์บาซิลในมอสโก สถาปนิกชาวรัสเซีย Barma และ Postnik ใช้เหล็กเสริม แผ่นหิน. คอนกรีตเสริมเหล็กและเหล็กสีแดงเข้มสามารถเรียกได้ว่าเป็นวัสดุผสมสมัยใหม่รุ่นก่อนโดยตรง
มีอะนาลอกตามธรรมชาติของวัสดุผสม - ไม้ กระดูก เปลือกหอย ฯลฯ แร่ธาตุธรรมชาติหลายชนิดเป็นส่วนประกอบ พวกเขาไม่เพียง แต่ทนทาน แต่ยังมีคุณสมบัติในการตกแต่งที่ยอดเยี่ยมอีกด้วย
วัสดุคอมโพสิต- วัสดุหลายองค์ประกอบประกอบด้วยฐานพลาสติก - เมทริกซ์ และสารตัวเติมที่มีบทบาทเสริมความแข็งแกร่งและบทบาทอื่นๆ มีขอบเขตเฟสระหว่างเฟส (ส่วนประกอบ) ของคอมโพสิต
การรวมกันของสารที่ไม่เหมือนกันนำไปสู่การสร้างวัสดุใหม่ซึ่งคุณสมบัตินั้นแตกต่างกันอย่างมากจากคุณสมบัติของแต่ละองค์ประกอบ เหล่านั้น. เครื่องหมายของวัสดุผสมคืออิทธิพลร่วมกันที่เห็นได้ชัดเจนขององค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบของวัสดุผสม เช่น คุณภาพเอฟเฟกต์ใหม่ของพวกเขา
ด้วยการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของเมทริกซ์และสารตัวเติม อัตราส่วน การใช้รีเอเจนต์เพิ่มเติมพิเศษ ฯลฯ ทำให้ได้วัสดุที่หลากหลายพร้อมชุดคุณสมบัติที่ต้องการ
ความสำคัญอย่างยิ่งการจัดเรียงองค์ประกอบของวัสดุผสมทั้งในทิศทางของน้ำหนักบรรทุกที่กระทำและสัมพันธ์กัน เช่น ความเป็นระเบียบเรียบร้อย ตามกฎแล้ววัสดุผสมที่มีความแข็งแรงสูงมีโครงสร้างที่เป็นระเบียบสูง
ตัวอย่างง่ายๆ ขี้เลื่อยจำนวนหนึ่งโยนลงในถัง ปูนซีเมนต์จะไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติของมันแต่อย่างใด หากครึ่งหนึ่งของสารละลายถูกแทนที่ด้วยขี้เลื่อย ความหนาแน่นของวัสดุ ค่าคงที่ทางอุณหฟิสิกส์ ต้นทุนการผลิต และตัวชี้วัดอื่นๆ จะเปลี่ยนไปอย่างมีนัยสำคัญ แต่เส้นใยโพลีโพรพิลีนจำนวนหนึ่งจะทำให้คอนกรีตทนต่อแรงกระแทกและทนต่อการสึกหรอและเส้นใยครึ่งถังจะให้ความยืดหยุ่นซึ่งไม่ใช่ลักษณะของวัสดุแร่
ปัจจุบันในด้านวัสดุคอมโพสิต (คอมโพสิต) เป็นเรื่องปกติที่จะรวมความหลากหลายของ วัสดุเทียมพัฒนาและนำไปใช้ในสาขาเทคโนโลยีและอุตสาหกรรมต่างๆ การประชุม หลักการทั่วไปการสร้าง วัสดุคอมโพสิต
ทำไมตอนนี้ถึงสนใจวัสดุคอมโพสิต? เพราะ วัสดุแบบดั้งเดิมไม่เสมอไปหรือไม่ตอบสนองความต้องการของการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรมสมัยใหม่อย่างเต็มที่
เมทริกซ์ในวัสดุผสม ได้แก่ โลหะ โพลิเมอร์ ซีเมนต์ และเซรามิก ในฐานะที่เป็นสารตัวเติม มีการใช้สารสังเคราะห์และสารธรรมชาติที่หลากหลายในรูปแบบต่างๆ
ยังรู้จักวัสดุผสมหลายองค์ประกอบ ได้แก่ :
ตามกฎแล้วสารตัวเติมจะเป็นตัวกำหนดความแข็งแรง ความแข็งแกร่ง และความสามารถในการเปลี่ยนรูปของคอมโพสิต ในขณะที่เมทริกซ์ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแข็งแกร่ง การถ่ายโอนความเค้น และความต้านทานต่ออิทธิพลภายนอกต่างๆ
สถานที่พิเศษถูกครอบครองโดยวัสดุตกแต่งที่มีคุณสมบัติการตกแต่งที่เด่นชัด
มีการพัฒนาวัสดุคอมโพสิตที่มีคุณสมบัติพิเศษ เช่น วัสดุโปร่งใสคลื่นวิทยุและวัสดุดูดซับคลื่นวิทยุ วัสดุสำหรับป้องกันความร้อนของยานอวกาศโคจร วัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นต่ำและโมดูลัสความยืดหยุ่นจำเพาะสูง และอื่นๆ
วัสดุคอมโพสิตถูกนำมาใช้ในทุกด้านของวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี อุตสาหกรรม รวมถึง ในที่อยู่อาศัย, อุตสาหกรรมและการก่อสร้างพิเศษ, การสร้างเครื่องจักรทั่วไปและพิเศษ, โลหะวิทยา, อุตสาหกรรมเคมี, พลังงาน , อิเล็กทรอนิกส์ , เครื่องใช้ในครัวเรือนการผลิตเสื้อผ้าและรองเท้า ยา กีฬา ศิลปะ ฯลฯ
ตามโครงสร้างเชิงกล คอมโพสิตถูกแบ่งออกเป็นหลายคลาสหลัก: เส้นใย, ชั้น, เสริมการกระจายตัว, เสริมความแข็งแรงของอนุภาค และนาโนคอมโพสิท
วัสดุผสมเส้นใยเสริมแรงด้วยเส้นใยหรือหนวด แม้แต่สารตัวเติมเพียงเล็กน้อยในวัสดุผสมประเภทนี้ก็นำไปสู่การปรับปรุงที่สำคัญ คุณสมบัติทางกลวัสดุ. คุณสมบัติของวัสดุสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างกว้างขวางโดยการเปลี่ยนทิศทางของขนาดและความเข้มข้นของเส้นใย
ในวัสดุผสมแบบลามิเนต เมทริกซ์และฟิลเลอร์ถูกจัดเรียงเป็นชั้น เช่น ในสามเท่า ไม้อัด โครงสร้างไม้ติดกาว และลามิเนต
โครงสร้างจุลภาคของวัสดุคอมโพสิตประเภทอื่นนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเมทริกซ์นั้นเต็มไปด้วยอนุภาคเสริมแรงและมีขนาดอนุภาคต่างกัน ในวัสดุผสมที่เสริมด้วยอนุภาค จะมีขนาดมากกว่า 1 ไมครอน และมีปริมาณ 20-25% (โดยปริมาตร) ในขณะที่วัสดุผสมเสริมแรงด้วยการกระจายตัวจะมีตั้งแต่ 1 ถึง 15% (โดยปริมาตร) ของอนุภาคที่มีขนาดตั้งแต่ 0.01 ถึง 0.1 ไมครอน ขนาดของอนุภาคที่ประกอบกันเป็นนาโนคอมโพสิทนั้นมีขนาดเล็กกว่าและมีจำนวนถึง 10–100 นาโนเมตร
คอนกรีต- วัสดุผสมที่พบมากที่สุด ปัจจุบันมีการผลิตคอนกรีตหลายประเภทโดยมีองค์ประกอบและคุณสมบัติแตกต่างกัน คอนกรีตสมัยใหม่ผลิตขึ้นทั้งบนเมทริกซ์ซีเมนต์แบบดั้งเดิมและบนโพลีเมอร์ (อีพ็อกซี่ โพลีเอสเตอร์ ฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ อะคริลิก ฯลฯ) คอนกรีตประสิทธิภาพสูงสมัยใหม่มีความแข็งแรงใกล้เคียงกับโลหะ คอนกรีตตกแต่งกำลังเป็นที่นิยม
Organoplasty- คอมโพสิตที่สารเติมแต่งสังเคราะห์อินทรีย์ให้บริการ เส้นใยธรรมชาติและเส้นใยประดิษฐ์น้อยกว่าในรูปแบบของมัด ด้าย ผ้า กระดาษ ฯลฯ ตามกฎแล้วในเทอร์โมเซตติงออร์แกโนพลาสติก อีพอกซี โพลีเอสเตอร์ และฟีนอลเรซิน รวมถึงโพลีอิไมด์ทำหน้าที่เป็นเมทริกซ์ พลาสติกออร์แกนิกมีความหนาแน่นต่ำ มีน้ำหนักเบากว่าพลาสติกแก้วและคาร์บอนไฟเบอร์ และมีความต้านทานแรงดึงค่อนข้างสูง ทนทานต่อแรงกระแทกและแรงไดนามิกสูง แต่ในขณะเดียวกันก็มีแรงอัดและแรงดัดงอต่ำ ออร์กาโนพลาสติกที่พบมากที่สุดคือวัสดุผสมไม้ ในแง่ของการผลิต ออร์กาโนพลาสติกเหนือกว่าเหล็ก อะลูมิเนียม และพลาสติก
ใน วรรณกรรมต่างประเทศเมื่อเร็ว ๆ นี้คำศัพท์ใหม่ได้รับความนิยม - โพลิเมอร์ชีวภาพ พลาสติกชีวภาพ และคอมโพสิตชีวภาพ
วัสดุผสมไม้.วัสดุผสมไม้ที่พบมากที่สุด ได้แก่ อาร์โบไลต์ ไซโลลิธ ซีเมนต์พาร์ติเคิลบอร์ด ติดกาว โครงสร้างไม้, ไม้อัดและชิ้นส่วนติดกาวงอ, พลาสติกจากไม้, แผ่นไม้อัดและแผ่นใยไม้อัดและคาน, เครื่องอัดไม้และผงอัด, คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกไม้-โพลิเมอร์
ไฟเบอร์กลาส- วัสดุผสมโพลิเมอร์เสริมแรงด้วยใยแก้ว ซึ่งขึ้นรูปจากแก้วอนินทรีย์หลอมเหลว ในฐานะที่เป็นเมทริกซ์ มักใช้ทั้งเรซินสังเคราะห์แบบเทอร์โมเซตติง (ฟีนอล อีพ็อกซี่ โพลีเอสเตอร์ ฯลฯ) และเทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์ (โพลีเอไมด์ โพลีเอทิลีน โพลีสไตรีน ฯลฯ) ไฟเบอร์กลาสมีความแข็งแรงสูง การนำความร้อนต่ำ มีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าสูง นอกจากนี้ ยังโปร่งใสต่อคลื่นวิทยุ วัสดุชั้นที่ใช้ผ้าทอจากใยแก้วเป็นตัวเติมเรียกว่าไฟเบอร์กลาส
ซีเอฟอาร์พี- สารตัวเติมในวัสดุผสมโพลิเมอร์เหล่านี้คือเส้นใยคาร์บอน เส้นใยคาร์บอนได้มาจากเส้นใยสังเคราะห์และเส้นใยธรรมชาติจากเซลลูโลส โคโพลิเมอร์อะคริโลไนไทรล์ ปิโตรเลียมและน้ำมันดินจากถ่านหิน เป็นต้น เมทริกซ์ในคาร์บอนไฟเบอร์สามารถเป็นได้ทั้งโพลิเมอร์เทอร์โมเซตติงและเทอร์โมพลาสติก ข้อได้เปรียบหลักของพลาสติกเสริมใยคาร์บอนเมื่อเปรียบเทียบกับไฟเบอร์กลาสคือความหนาแน่นต่ำและโมดูลัสความยืดหยุ่นที่สูงขึ้นพลาสติกเสริมใยคาร์บอนมีน้ำหนักเบามากและในขณะเดียวกันก็เป็นวัสดุที่ทนทาน
บนพื้นฐานของคาร์บอนไฟเบอร์และเมทริกซ์คาร์บอน วัสดุคอมโพสิตคาร์บอน-กราไฟต์ถูกสร้างขึ้น ซึ่งเป็นวัสดุคอมโพสิตที่ทนความร้อนได้มากที่สุด (พลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์) ที่สามารถทนต่ออุณหภูมิได้สูงถึง 3,000 ° C ในสื่อเฉื่อยหรือสารรีดิวซ์เป็นเวลานาน
โบโรพลาสตี้- วัสดุเชิงประกอบที่มีเส้นใยโบรอนเป็นตัวเติมที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์โพลิเมอร์เทอร์โมเซตติง ในขณะที่เส้นใยสามารถอยู่ในรูปของเส้นใยเดี่ยวหรือในรูปแบบของการรวมกลุ่มที่ถักด้วยด้ายแก้วเสริมหรือเทปที่ด้ายโบรอนพันกับด้ายอื่น ๆ . การใช้พลาสติกโบรอนถูกจำกัดด้วยต้นทุนที่สูงในการผลิตเส้นใยโบรอน ดังนั้น พลาสติกโบรอนส่วนใหญ่จึงถูกใช้ในเทคโนโลยีการบินและอวกาศในชิ้นส่วนที่ต้องรับแรงกดในระยะยาวในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
แป้งอัดแข็ง (กดมวลสาร).รู้จักโพลิเมอร์เติมมากกว่า 10,000 เกรด สารตัวเติมใช้ทั้งเพื่อลดต้นทุนของวัสดุและเพื่อให้มีคุณสมบัติพิเศษ พอลิเมอร์ที่ถูกเติมถูกผลิตขึ้นครั้งแรกโดย Dr. Baekeland (Leo H. Baekeland, USA) ผู้ค้นพบเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 วิธีการสังเคราะห์เรซินฟีนอลฟอร์มาลดีไฮด์ (เบกาไลต์) โดยตัวของมันเองแล้ว เรซินนี้เป็นสารที่เปราะและมีความแข็งแรงต่ำ Baekeland พบว่าการเติมเส้นใย โดยเฉพาะแป้งไม้ ลงในเรซินก่อนที่มันจะแข็งตัวจะเพิ่มความแข็งแรง วัสดุที่เขาสร้างขึ้น - เบกาไลต์ - ได้รับความนิยมอย่างมาก เทคโนโลยีในการเตรียมนั้นง่ายมาก: ส่วนผสมของพอลิเมอร์ที่บ่มแล้วบางส่วนและสารตัวเติม - แป้งกด - แข็งตัวในแม่พิมพ์อย่างถาวรภายใต้ความกดดัน ผลิตภัณฑ์ซีเรียลตัวแรกผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีนี้ในปี 1916 โดยเป็นหัวคันเกียร์ของรถยนต์โรลส์-รอยซ์ โพลิเมอร์เทอร์โมเซตติงแบบเติมถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในหลากหลายสาขาทางเทคนิค สารตัวเติมหลายชนิดใช้เพื่อเติมเทอร์โมเซตติงและเทอร์โมพลาสติกโพลิเมอร์ - แป้งไม้ ดินขาว ชอล์ก แป้งโรยตัว ไมกา เขม่า ไฟเบอร์กลาส เส้นใยหินบะซอลต์ ฯลฯ
เท็กซ์โทไลต์- พลาสติกเคลือบเสริมด้วยผ้าเส้นใยต่างๆ เทคโนโลยีสำหรับการผลิต textolites ได้รับการพัฒนาในปี ค.ศ. 1920 ขึ้นอยู่กับเรซินฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ ผ้าที่ทำจากผ้าชุบด้วยเรซิน จากนั้นกดที่อุณหภูมิสูง จะได้แผ่น textolite หรือผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่าง สารยึดเกาะในเท็กซ์โทไลต์เป็นโพลิเมอร์ประเภทเทอร์โมเซตติงและเทอร์โมพลาสติกที่หลากหลาย และบางครั้งเป็นสารยึดเกาะอนินทรีย์ที่มีซิลิเกตและฟอสเฟตเป็นส่วนประกอบ ในฐานะที่เป็นฟิลเลอร์ใช้ผ้าจากเส้นใยที่หลากหลาย - ฝ้าย, ใยสังเคราะห์, แก้ว, คาร์บอน, ใยหิน, หินบะซอลต์ ฯลฯ ดังนั้นคุณสมบัติและการใช้งานของ textolite จึงมีความหลากหลาย
วัสดุผสมกับเมทริกซ์โลหะเมื่อสร้างวัสดุผสมที่เป็นโลหะ จะใช้อะลูมิเนียม แมกนีเซียม นิกเกิล ทองแดง ฯลฯ เป็นเมทริกซ์ สารตัวเติมคือเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูง อนุภาควัสดุทนไฟที่มีความละเอียดต่างๆ ผลึกเดี่ยวของอะลูมิเนียมออกไซด์ เบริลเลียมออกไซด์ โบรอนและซิลิคอนคาร์ไบด์ อะลูมิเนียมและซิลิคอนไนไตรด์ เป็นต้น ยาว 0.3-15 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลาง 1-30 µm
ข้อได้เปรียบหลักของวัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะเมื่อเทียบกับโลหะทั่วไป (ไม่เสริมแรง) คือ: เพิ่มความแข็งแรง ความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น ความต้านทานการสึกหรอเพิ่มขึ้น ความต้านทานการคืบเพิ่มขึ้น
วัสดุคอมโพสิตขึ้นอยู่กับเซรามิกการเสริมแรงวัสดุเซรามิกด้วยเส้นใย ตลอดจนอนุภาคโลหะและเซรามิกที่กระจายตัว ทำให้ได้วัสดุผสมที่มีความแข็งแรงสูง อย่างไรก็ตาม ช่วงของเส้นใยที่เหมาะสมสำหรับการเสริมแรงเซรามิกถูกจำกัดด้วยคุณสมบัติของวัสดุเริ่มต้น มักใช้เส้นใยโลหะ ความต้านทานแรงดึงเพิ่มขึ้นเล็กน้อย แต่ความต้านทานต่อแรงกระแทกจากความร้อนเพิ่มขึ้น - วัสดุแตกน้อยลงเมื่อได้รับความร้อน แต่มีบางกรณีที่ความแข็งแรงของวัสดุลดลง ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของเมทริกซ์และสารตัวเติม
การเสริมแรงของเซรามิกด้วยอนุภาคโลหะที่กระจายตัวทำให้เกิดวัสดุใหม่ (เซอร์เมต) ที่มีความทนทานเพิ่มขึ้น ทนทานต่อแรงกระแทกจากความร้อน และการนำความร้อนเพิ่มขึ้น เซอร์เมตอุณหภูมิสูงใช้ทำชิ้นส่วนสำหรับกังหันก๊าซ อุปกรณ์สำหรับเตาไฟฟ้า ชิ้นส่วนสำหรับเทคโนโลยีจรวดและไอพ่น ใช้เซอร์เมทที่ทนต่อการสึกหรออย่างหนัก เครื่องมือตัดและรายละเอียด นอกจากนี้ เซอร์เมตยังใช้ในพื้นที่พิเศษของเทคโนโลยี ซึ่งเป็นองค์ประกอบเชื้อเพลิงของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้ยูเรเนียมออกไซด์ ซึ่งเป็นวัสดุแรงเสียดทานสำหรับ อุปกรณ์เบรกเป็นต้น
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการให้ความสนใจอย่างมากกับการสร้างและศึกษาสิ่งที่เรียกว่ามัลติเฟอโรอิกส์ ซึ่งเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติทั้งเฟอร์โรอิเล็กทริกและเฟอร์โรแมกเนติก
มัลติเฟอโรอิกส์สามารถนำไปใช้ได้ทั้งแบบเฟสเดียวและแบบผสม วัสดุมัลติเฟอโรอิกเฟสเดียวส่วนใหญ่แสดงคุณสมบัติของแม่เหล็กไฟฟ้าในบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำ โดยส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิการแช่แข็ง
ทางเลือกอื่นสำหรับมัลติเฟอโรอิกแบบเฟสเดียวที่ใช้งานไม่ได้นี้พบได้ในวัสดุที่เรียกว่าคอมโพสิต ซึ่งเป็นวัสดุที่สร้างขึ้นเทียมโดยการรวมกันของสองเฟส ตัวอย่างเช่น การรวมกันของเฟสเพียโซอิเล็กทริกและเพียโซแมกเนติก หรือเฟสแมกนีโตสตริกทีฟและเพียโซอิเล็กทริก วัสดุเหล่านี้รักษาโครงสร้างเฟอร์โรอิเล็กทริกที่สมดุลที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้อง พวกมันมีผลแมกนีโตอิเล็กทริกขนาดใหญ่ (ME) เฟสแมกนีโตสตริกทีฟและเพียโซอิเล็กทริก อย่างดีและเป็นของวัสดุอเนกประสงค์ที่เรียกว่า ความสำเร็จหลักในการผลิตมัลติเฟอโรอิกผสมสังเคราะห์คือการผลิตที่ค่อนข้างง่ายและราคาถูก และความสามารถในการควบคุมอัตราส่วนโมเลกุลของเฟสและขนาดเกรนของแต่ละเฟส นอกจากนี้ยังมีปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันปฏิกิริยาเคมีที่อาจเกิดขึ้นที่รอยต่อระหว่างเฟสเฟอร์โรอิเล็กทริกและเฟสแม่เหล็กระหว่างการสังเคราะห์ ซึ่งนำไปสู่การสูญเสียคุณสมบัติไดอิเล็กตริก ตัวอย่างเช่น โดยทั่วไป ในวัสดุผสม ขนาดเกรน รูปร่าง และขอบเขตระหว่างเกรนเป็นองค์ประกอบหลักที่นำไปสู่การเกิดขึ้นของคุณสมบัติใหม่ ในขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติ "พาเรนต์" ของเฟสต่างๆ ดังนั้นจึงเป็นที่ทราบกันดีว่าการเพิ่มขึ้นของความต้านทานแม่เหล็กขนาดมหึมา (CRM) สามารถเกิดขึ้นได้ ซึ่งอธิบายไว้ในแบบจำลองของการสร้างอุโมงค์แบบโพลาไรซ์แบบสปินโพลาไรซ์โดยการปรากฏตัวของชั้นกั้นที่ไม่นำไฟฟ้าระหว่างธัญพืช
งานก่อนหน้าฉันคือ:
1) ทำความคุ้นเคยกับวรรณกรรมเกี่ยวกับคอมโพสิตมัลติเฟอโรอิกของตัวอย่างที่นำเสนอ
2) ศึกษาคุณสมบัติและโครงสร้างของ (La 0.5 Eu 0.5) 0.7 Pb 0.3 MnO 3 และ PbTiO 3 ;
3) สังเคราะห์ PbTiO 3 ในรูปแบบโพลีคริสตัลไลน์และสร้างผลึกเดี่ยว (La 0.5 Eu 0.5) 0.7 Pb 0.3 MnO 3 ;
4) เพื่อเริ่มศึกษาสมบัติแม่เหล็ก แมกนีโตอิเล็กทริก และอื่นๆ ของ (1-x) (La 0.5 Eu 0.5) 0.7 Pb 0.3 MnO 3 +xPbTiO 3 .
วัสดุคอมโพสิตคือวัสดุที่เกิดจากขั้นตอนที่แตกต่างกันตั้งแต่สองเฟสขึ้นไป และมีลักษณะพิเศษที่ไม่มีอยู่ในส่วนประกอบดั้งเดิม คำจำกัดความนี้สะท้อนแนวคิดของคอมโพสิตได้ดี แต่กว้างเกินไป เนื่องจากครอบคลุมวัสดุและโลหะผสมส่วนใหญ่ (เช่น เหล็ก เหล็กหล่อ คอนกรีต ฯลฯ) เห็นได้ชัดว่า คำจำกัดความอื่นน่าจะดีกว่า: คอมโพสิตคือการรวมกันของวัสดุ (ส่วนประกอบ) สองชนิดหรือมากกว่าที่มีรูปร่างและคุณสมบัติต่างๆ โดยมีส่วนต่อประสานที่ชัดเจน โดยใช้ประโยชน์จากส่วนประกอบแต่ละส่วนและแสดงคุณสมบัติใหม่เนื่องจาก กระบวนการขอบเขต
โดยทั่วไปแล้ว วัสดุผสมจะเป็นฐาน (เมทริกซ์) ของวัสดุชนิดหนึ่ง เสริมด้วยสารตัวเติมจากเส้นใย ชั้นต่างๆ อนุภาคที่กระจายตัวของวัสดุอีกชนิดหนึ่ง เป็นการรวมคุณสมบัติความแข็งแรงของส่วนประกอบทั้งสองเข้าด้วยกัน โดยการเลือกองค์ประกอบและคุณสมบัติของสารตัวเติมและเมทริกซ์ อัตราส่วน การวางแนวของสารตัวเติม ทำให้สามารถรับวัสดุที่มีการผสมผสานระหว่างลักษณะการทำงานและเทคโนโลยีที่จำเป็น
คอมโพสิตแตกต่างจากโลหะผสมตรงที่ส่วนประกอบแต่ละชิ้นยังคงคุณสมบัติโดยธรรมชาติในส่วนประกอบสำเร็จรูป คอมโพเนนต์ต้องโต้ตอบที่อินเทอร์เฟซของคอมโพสิท โดยแสดงเฉพาะคุณสมบัติใหม่เชิงบวกเท่านั้น ผลลัพธ์ดังกล่าวสามารถรับได้ก็ต่อเมื่อคุณสมบัติของส่วนประกอบถูกรวมเข้ากับวัสดุผสมได้สำเร็จเท่านั้น เช่น ในระหว่างการทำงานของคอมโพสิตควรปรากฏเฉพาะคุณสมบัติที่จำเป็นของส่วนประกอบและข้อบกพร่องของส่วนประกอบนั้นจะถูกกำจัดทั้งหมดหรือบางส่วน
ดังนั้น:
คอมโพสิตที่เป็นผลลัพธ์จะได้รับใหม่ คุณสมบัติที่ดีที่สุดจึงจะปฏิบัติได้ ฟังก์ชั่นเพิ่มเติม(วัสดุอเนกประสงค์);
ลักษณะขององค์ประกอบนั้นดีกว่าองค์ประกอบโดยแยกจากกันหรือรวมกันโดยไม่คำนึงถึงกระบวนการขอบเขต
การกระทำ แต่ละส่วนประกอบคอมโพสิตจะปรากฏในผลรวมเสมอโดยคำนึงถึงกระบวนการที่เกิดขึ้นที่ขอบเขตเฟส
การใช้คอมโพสิตเริ่มขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1970 แม้ว่าจะมีแนวคิดในการใช้สองชิ้นหรือมากกว่านั้น แหล่งข้อมูลในฐานะที่เป็นองค์ประกอบที่ก่อตัวเป็นองค์ประกอบสภาพแวดล้อม มีมาตั้งแต่ผู้คนเริ่มจัดการกับวัสดุ
จุดประสงค์ของการสร้างวัสดุผสมคือเพื่อให้เกิดการผสมผสานคุณสมบัติที่ไม่มีอยู่ในวัสดุตั้งต้นแต่ละชนิดโดยแยกจากกัน ดังนั้น คอมโพสิตสามารถทำจากวัสดุที่ไม่ตรงตามข้อกำหนด เนื่องจากข้อกำหนดเหล่านี้อาจเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี เทคโนโลยี และอื่นๆ วิทยาศาสตร์ของวัสดุผสมจึงเป็นจุดเชื่อมต่อของความรู้แขนงต่างๆ และต้องการการมีส่วนร่วมของนักวิจัยจากผู้เชี่ยวชาญเฉพาะด้านต่างๆ
การเลือกใช้วัสดุแบบดั้งเดิมและการออกแบบส่วนประกอบโครงสร้างเป็นงานที่แยกจากกัน เนื่องจากวัสดุคอมโพสิตเริ่มเข้ามาแทนที่โลหะและโลหะผสมในด้านต่างๆ เช่น เครื่องบิน การต่อเรือ และยานยนต์ การออกแบบทางอุตสาหกรรมและการเลือกใช้วัสดุจึงผสานรวมเข้าด้วยกันและกลายเป็นลักษณะที่แตกต่างกันของกระบวนการเดียวกัน
ควรสังเกตว่าพร้อมกับ anisotropy โครงสร้างของคอมโพสิตมี anisotropy เทคโนโลยีที่เกิดขึ้นระหว่างการเสียรูปพลาสติกของวัสดุ isotropic และ anisotropy ทางกายภาพซึ่งมีอยู่ตามธรรมชาติเช่นในผลึกและเกี่ยวข้องกับลักษณะโครงสร้างของคริสตัล ตาข่าย
ตามวิธีการได้มา คอมโพสิตสองประเภทมีความโดดเด่น: เทียมและธรรมชาติ วัสดุผสมเทียมรวมถึงวัสดุผสมทั้งหมดที่ได้รับจากการนำเฟสเสริมแรงเทียมเข้าไปในเมทริกซ์ ในขณะที่วัสดุผสมธรรมชาติรวมถึงโลหะผสมของยูเทคติกและองค์ประกอบที่คล้ายคลึงกัน ในวัสดุผสมยูเทคติก เฟสการเสริมแรงคือผลึกเส้นใยหรือลาเมลลาร์ที่มุ่งเน้นซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติในกระบวนการตกผลึกแบบมีทิศทาง
เมื่อมีการสร้างคอมโพสิตใหม่ การจำแนกประเภทของ "เก่า" จะขยายออกไปและอาจเกิดขึ้นใหม่
เมื่อศึกษาวรรณกรรมเกี่ยวกับวัสดุผสมแม่เหล็กและแมกนีโตอิเล็กทริก ฉันพบวัสดุผสมต่อไปนี้ตามออกไซด์ซึ่งได้รับการสังเคราะห์และศึกษา:
1. "MgFe 2 O 3 -BaTiO 3";
2. "BaTiO 3 - (Ni, Zn) Fe 2 O 4";
3. "La 0.67 Ca 0.33 MnO 3 -CuFe 2 O 4";
4. "(La 0.7 Ca 0.3 MnO 3) 1-x / (MgO) x";
5. "La 2/3 Ca 1/3 MnO 3 / SiO 2";
6. "La 0.7 Sr 0.3 MnO 3 /Ta 2 O 5".
หลังจากฟิสิกส์สมัยใหม่ของโลหะอธิบายให้เราฟังโดยละเอียดถึงสาเหตุของความเป็นพลาสติก ความแข็งแรง และการเพิ่มขึ้นของมัน การพัฒนาวัสดุใหม่อย่างเป็นระบบอย่างเข้มข้นก็เริ่มขึ้น สิ่งนี้จะนำไปสู่การสร้างวัสดุที่มีความแข็งแรงมากกว่าโลหะผสมทั่วไปในปัจจุบันหลายเท่า ในกรณีนี้ เราจะให้ความสนใจอย่างมากกับกลไกการชุบแข็งเหล็กและการเสื่อมสภาพของโลหะผสมอะลูมิเนียมที่รู้จักกันอยู่แล้ว การผสมผสานระหว่างกลไกที่รู้จักเหล่านี้กับกระบวนการขึ้นรูป และความเป็นไปได้มากมายในการสร้างวัสดุผสม ช่องทางที่มีแนวโน้มดีสองทางถูกเปิดขึ้นโดยวัสดุคอมโพสิตที่เสริมด้วยเส้นใยหรือของแข็งที่กระจายตัว เป็นครั้งแรกที่เส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงที่บางที่สุดซึ่งทำจากแก้ว คาร์บอน โบรอน เบริลเลียม เหล็ก หรือผลึกเดี่ยวมัสสุได้ถูกนำมาใช้ในโลหะอนินทรีย์หรือเมทริกซ์โพลิเมอร์อินทรีย์ จากผลของการรวมกันนี้ ความแข็งแรงสูงสุดจึงถูกรวมเข้ากับโมดูลัสความยืดหยุ่นสูงและความหนาแน่นต่ำ วัสดุคอมโพสิตเป็นวัสดุแห่งอนาคต
วัสดุผสม - วัสดุที่มีโครงสร้าง (โลหะหรืออโลหะ) ซึ่งมีองค์ประกอบเสริมแรงในรูปของเกลียว เส้นใย หรือเกล็ดมากกว่า วัสดุที่ทนทาน. ตัวอย่างของวัสดุผสม: พลาสติกเสริมแรงด้วยโบรอน คาร์บอน ใยแก้ว ใยแก้ว หรือผ้าที่มีพื้นฐานจากสิ่งเหล่านี้ อลูมิเนียมเสริมด้วยเส้นใยเหล็กเบริลเลียม เมื่อรวมปริมาณเนื้อหาของส่วนประกอบเข้าด้วยกันจึงเป็นไปได้ที่จะได้รับวัสดุคอมโพสิตที่มีค่าความแข็งแรงความต้านทานความร้อนโมดูลัสยืดหยุ่นความต้านทานการขัดถูตลอดจนสร้างองค์ประกอบด้วยแม่เหล็กไดอิเล็กทริกการดูดซับวิทยุและพิเศษอื่น ๆ คุณสมบัติ.
2.1. วัสดุผสมกับเมทริกซ์โลหะ
วัสดุคอมโพสิทหรือวัสดุคอมโพสิทประกอบด้วย เมทริกซ์โลหะ(โดยทั่วไปคือ Al, Mg, Ni และโลหะผสมของพวกมัน) เสริมด้วยเส้นใยความแข็งแรงสูง (วัสดุเส้นใย) หรืออนุภาคทนไฟที่กระจายตัวอย่างละเอียดซึ่งไม่ละลายในโลหะฐาน เมทริกซ์โลหะผูกเส้นใย (อนุภาคที่กระจายตัว) เข้าด้วยกันเป็นหนึ่งเดียว เส้นใย (อนุภาคที่กระจายตัว) บวกกับสารยึดเกาะ (เมทริกซ์) ที่ประกอบขึ้นเป็นองค์ประกอบเฉพาะเรียกว่าวัสดุผสม
2.2. วัสดุผสมที่มีเมทริกซ์อโลหะ
วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์อโลหะพบการใช้งานที่หลากหลาย วัสดุโพลิเมอร์ คาร์บอน และเซรามิกใช้เป็นเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ ในบรรดาเมทริกซ์โพลิเมอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ อีพ็อกซี่ ฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ และโพลีเอไมด์
เมทริกซ์คาร์บอนที่ปรุงสุกหรือไพโรคาร์บอนที่ได้จากโพลิเมอร์สังเคราะห์ภายใต้กระบวนการไพโรไลซิส เมทริกซ์ผูกองค์ประกอบทำให้เป็นรูปแบบ สารเสริมความแข็งแกร่งคือเส้นใย: แก้ว คาร์บอน โบรอน สารอินทรีย์ที่มีหนวดเป็นส่วนประกอบหลัก (ออกไซด์ คาร์ไบด์ บอไรด์ ไนไตรด์ และอื่นๆ) รวมทั้งโลหะ (ลวด) ซึ่งมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งสูง
คุณสมบัติของวัสดุผสมขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของส่วนประกอบ การรวมกัน อัตราส่วนเชิงปริมาณ และแรงยึดเหนี่ยวระหว่างวัสดุเหล่านั้น
วัสดุเสริมแรงสามารถอยู่ในรูปของเส้นใย เชือก ด้าย เทป ผ้าหลายชั้น
เนื้อหาของสารเพิ่มความแข็งในวัสดุที่มุ่งเน้นคือ 60-80 ฉบับ % ในแบบไม่เน้น (มีเส้นใยแยกและหนวด) - 20-30 ฉบับ % ยิ่งความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเส้นใยสูงเท่าใด ความแข็งแรงและความแข็งของวัสดุผสมก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น คุณสมบัติของเมทริกซ์กำหนดความแข็งแรงขององค์ประกอบในการรับแรงเฉือนและการบีบอัดและความต้านทานต่อความล้มเหลวของความเมื่อยล้า
ตามประเภทของสารทำให้แข็ง วัสดุคอมโพสิตถูกจัดประเภทเป็นใยแก้ว เส้นใยคาร์บอนที่มีเส้นใยคาร์บอน เส้นใยโบรอน และเส้นใยออร์กาโน
ในวัสดุเคลือบ เส้นใย ด้าย เทปที่ชุบสารยึดเกาะจะวางขนานกันในระนาบการวาง ชั้นแบนประกอบเป็นแผ่น คุณสมบัติเป็นแอนไอโซโทรปิก สำหรับการทำงานของวัสดุในผลิตภัณฑ์ สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงทิศทางของน้ำหนักที่กระทำ คุณสามารถสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติทั้งไอโซทรอปิกและแอนไอโซทรอปิก
เป็นไปได้ที่จะวางเส้นใยไว้ข้างใต้ มุมที่แตกต่างกันโดยการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุผสม ความแข็งดัดและบิดของวัสดุขึ้นอยู่กับลำดับของการวางชั้นตามความหนาของบรรจุภัณฑ์
ใช้การวางองค์ประกอบเสริมแรงสามสี่เธรดหรือมากกว่านั้น
โครงสร้างของเธรดที่ตั้งฉากกันสามเส้นมีประโยชน์มากที่สุด สารชุบแข็งสามารถอยู่ในแนวแกน แนวรัศมี และเส้นรอบวง
วัสดุสามมิติสามารถมีความหนาใด ๆ ในรูปแบบของบล็อกทรงกระบอก ผ้าขนาดใหญ่เพิ่มแรงฉีกขาดและความต้านทานแรงเฉือนเมื่อเทียบกับผ้าหลายชั้น ระบบของสี่เส้นถูกสร้างขึ้นโดยการขยายสารเสริมแรงตามแนวทแยงมุมของลูกบาศก์ โครงสร้างของเกลียวทั้งสี่มีความสมดุล เพิ่มความแข็งแกร่งในการรับแรงเฉือนในระนาบหลัก
อย่างไรก็ตาม การสร้างวัสดุสี่ทิศทางนั้นยากกว่าวัสดุสามทิศทาง
3.1. วัสดุผสมเส้นใย
มักจะเป็นวัสดุผสม โครงสร้างชั้นซึ่งแต่ละชั้นเสริมด้วยเส้นใยต่อเนื่องขนานจำนวนมาก แต่ละชั้นยังสามารถเสริมแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่องที่ถักทอเป็นผืนผ้า ซึ่งเป็นรูปทรงดั้งเดิม โดยมีความกว้างและความยาวเท่ากันกับวัสดุขั้นสุดท้าย ไม่ใช่เรื่องแปลกที่เส้นใยจะถูกทอเป็นโครงสร้างสามมิติ
วัสดุคอมโพสิตแตกต่างจากโลหะผสมทั่วไปด้วยค่าความต้านทานแรงดึงและขีดจำกัดความทนทานที่สูงขึ้น (50–10%) โมดูลัสความยืดหยุ่น ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็ง และความไวต่อการแตกร้าวที่ต่ำกว่า การใช้วัสดุผสมเพิ่มความแข็งแกร่งของโครงสร้างในขณะที่ลดการใช้โลหะ
ความแข็งแรงของวัสดุคอมโพสิต (เส้นใย) จะพิจารณาจากคุณสมบัติของเส้นใย เมทริกซ์ส่วนใหญ่ควรกระจายความเค้นระหว่างองค์ประกอบเสริมแรงเป็นหลัก ดังนั้นความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเส้นใยจะต้องมากกว่าความแข็งแรงและโมดูลัสความยืดหยุ่นของเมทริกซ์อย่างมีนัยสำคัญ
เส้นใยเสริมแรงแบบแข็งจะรับรู้ถึงความเค้นที่เกิดขึ้นในองค์ประกอบภายใต้การโหลด ทำให้มีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งในทิศทางของการวางแนวของเส้นใย
เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับอะลูมิเนียม แมกนีเซียม และโลหะผสม ไฟเบอร์โบรอนถูกนำมาใช้ เช่นเดียวกับไฟเบอร์จากสารประกอบทนไฟ (คาร์ไบด์ ไนไตรด์ บอไรด์ และออกไซด์) ซึ่งมีความแข็งแรงและโมดูลัสยืดหยุ่นสูง บ่อยครั้งที่ใช้ลวดเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงเป็นเส้นใย
ลวดโมลิบดีนัม เส้นใยแซฟไฟร์ ซิลิกอนคาร์ไบด์ และไทเทเนียมบอไรด์ เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับไททาเนียมและโลหะผสม
การเพิ่มความต้านทานความร้อนของโลหะผสมนิกเกิลทำได้โดยการเสริมแรงด้วยลวดทังสเตนหรือโมลิบดีนัม เส้นใยโลหะยังใช้ในกรณีที่ต้องการการนำความร้อนและไฟฟ้าสูง สารเพิ่มความแข็งที่มีแนวโน้มสูงสำหรับวัสดุคอมโพสิตที่มีเส้นใยโมดูลัสสูงและมีความแข็งแรงสูง ได้แก่ เส้นใยที่ทำจากอะลูมิเนียมออกไซด์และไนไตรด์ ซิลิกอนคาร์ไบด์และไนไตรด์ คาร์บิดาบอร์ เป็นต้น
วัสดุคอมโพสิตที่ทำจากโลหะมีความแข็งแรงและทนความร้อนสูง ในขณะเดียวกันก็มีความเป็นพลาสติกต่ำ อย่างไรก็ตาม เส้นใยในวัสดุผสมจะลดอัตราการขยายตัวของรอยแตกที่เริ่มต้นในเมทริกซ์ และการแตกหักแบบเปราะอย่างกะทันหันจะหายไปเกือบทั้งหมด คุณสมบัติที่โดดเด่นวัสดุคอมโพสิทแกนเดียวที่เป็นเส้นใยเป็นแอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติทางกลตลอดแนวเส้นใยและความไวต่ำต่อหัววัดความเค้น
คุณสมบัติแอนไอโซโทรปีของวัสดุผสมเส้นใยถูกนำมาพิจารณาเมื่อออกแบบชิ้นส่วนเพื่อปรับคุณสมบัติให้เหมาะสมโดยจับคู่สนามต้านทานกับสนามความเค้น
การเสริมแรงของโลหะผสมอะลูมิเนียม แมกนีเซียม และไททาเนียมด้วยเส้นใยทนไฟแบบต่อเนื่องของโบรอน ซิลิกอนคาร์ไบด์ ไททาเนียมโดโบไรด์ และอะลูมิเนียมออกไซด์ ช่วยเพิ่มความต้านทานความร้อนได้อย่างมาก คุณสมบัติของวัสดุผสมคืออัตราการอ่อนตัวที่ต่ำในเวลาที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้น
ข้อเสียเปรียบหลักของวัสดุผสมที่มีการเสริมแรงแบบหนึ่งและสองมิติคือ ความต้านทานต่ำแรงเฉือนระหว่างชั้นและการแตกหักตามขวาง วัสดุที่มีการเสริมแรงเชิงปริมาตรจะถูกกีดกันจากสิ่งนี้
3.2. วัสดุคอมโพสิตเสริมแรงกระจายตัว
เมทริกซ์เป็นองค์ประกอบหลักที่รับน้ำหนัก ซึ่งแตกต่างจากวัสดุผสมเส้นใยในวัสดุคอมโพสิตที่เสริมการกระจายตัว และอนุภาคที่กระจายตัวจะชะลอการเคลื่อนที่ของความคลาดเคลื่อนในนั้น
มีความแข็งแรงสูงด้วยขนาดอนุภาค 10-500 นาโนเมตร โดยมีระยะห่างเฉลี่ยระหว่างอนุภาค 100-500 นาโนเมตร และการกระจายที่สม่ำเสมอในเมทริกซ์
ความแข็งแรงและการทนความร้อนขึ้นอยู่กับปริมาณเนื้อหาของขั้นตอนการชุบแข็ง ไม่เป็นไปตามกฎการเติมแต่ง เนื้อหาที่เหมาะสมของเฟสที่สองสำหรับโลหะต่างๆ นั้นไม่เหมือนกัน แต่มักจะไม่เกิน 5-10 โวลท์ %
การใช้สารประกอบทนไฟที่เสถียร (ออกไซด์ของทอเรียม แฮฟเนียม อิตเทรียม สารประกอบเชิงซ้อนของออกไซด์และโลหะหายาก) ที่ไม่ละลายในโลหะเมทริกซ์เป็นเฟสเสริมความแข็งแกร่งช่วยให้วัสดุคงความแข็งแรงสูงถึง 0.9-0.95 ตัน ด้วยเหตุนี้จึงมักใช้วัสดุดังกล่าวเป็นวัสดุทนความร้อน สามารถหาวัสดุคอมโพสิตเสริมแรงกระจายได้จากโลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่ที่ใช้ในงานวิศวกรรม
โลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายขึ้นอยู่กับอลูมิเนียม - SAP (ผงอลูมิเนียมเผา)
ความหนาแน่นของวัสดุเหล่านี้มีค่าเท่ากับความหนาแน่นของอะลูมิเนียม ซึ่งไม่ด้อยไปกว่ากันในด้านความต้านทานการกัดกร่อน และยังสามารถแทนที่ไททาเนียมและเหล็กกล้าที่ทนต่อการกัดกร่อนได้เมื่อทำงานในช่วงอุณหภูมิ 250-500 °C ในแง่ของความแข็งแรงในระยะยาวนั้นเหนือกว่าโลหะผสมอลูมิเนียมดัด ความแข็งแรงในระยะยาวสำหรับโลหะผสม SAP-1 และ SAP-2 ที่ 500°C คือ 45-55 MPa
โอกาสที่ดีสำหรับวัสดุเสริมการกระจายตัวของนิกเกิล
โลหะผสมนิกเกิลที่มีปริมาตร 2-3 โวลท์ % ทอเรียมไดออกไซด์ หรือ แฮฟเนียมไดออกไซด์ เมทริกซ์ของโลหะผสมเหล่านี้มักจะเป็นสารละลายของแข็งของ Ni + 20% Cr, Ni + 15% Mo, Ni + 20% Cr และ Mo โลหะผสม VDU-1 (นิกเกิลชุบแข็งด้วยทอเรียมไดออกไซด์), VDU-2 (นิกเกิลชุบแข็งด้วยแฮฟเนียมไดออกไซด์) และ VD-3 (Ni + 20% Cr matrix ชุบแข็งด้วยทอเรียมออกไซด์) ได้รับการนำไปใช้อย่างกว้างขวาง โลหะผสมเหล่านี้มีความทนทานต่อความร้อนสูง วัสดุคอมโพสิตที่เสริมแรงในการกระจาย เช่นเดียวกับวัสดุเส้นใย ทนทานต่อการอ่อนตัวเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและเวลาการคงตัวที่อุณหภูมิที่กำหนด
3.3. ไฟเบอร์กลาส.
ไฟเบอร์กลาสเป็นองค์ประกอบที่ประกอบด้วยเรซินสังเคราะห์ซึ่งเป็นสารยึดเกาะและสารตัวเติมใยแก้ว ใช้ใยแก้วแบบต่อเนื่องหรือแบบสั้นเป็นตัวเติม ความแข็งแรงของใยแก้วเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางลดลง (เนื่องจากอิทธิพลของความไม่สม่ำเสมอและรอยแตกที่เกิดขึ้นในส่วนหนา) คุณสมบัติของไฟเบอร์กลาสยังขึ้นอยู่กับเนื้อหาของด่างในองค์ประกอบ ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของแก้วปราศจากด่างที่มีส่วนประกอบของอะลูมิโนโบโรซิลิเกต
ใยแก้วแบบไม่เน้นมีเส้นใยสั้นเป็นตัวเติม ทำให้สามารถกดชิ้นส่วนได้ รูปร่างที่ซับซ้อนพร้อมอุปกรณ์โลหะ วัสดุนี้มีคุณสมบัติความแข็งแรงของไอโซโทปสูงกว่าผงแป้งอัดแข็งและแม้กระทั่งเส้นใย ตัวแทนของวัสดุดังกล่าว ได้แก่ ใยแก้ว AG-4V และ DSV (ใยแก้วแบบมีมิเตอร์) ซึ่งใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนไฟฟ้ากำลัง ชิ้นส่วนวิศวกรรมเครื่องกล (หลอด ซีลปั๊ม ฯลฯ) เมื่อใช้โพลีเอสเตอร์ที่ไม่อิ่มตัวเป็นสารยึดเกาะ จะได้ PSK พรีมิกซ์ (แป้งเปียก) และพรีพรีก AP และ PPM (ขึ้นอยู่กับแผ่นรองแก้ว) พรีเพรกสามารถใช้กับผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ที่มีรูปทรงเรียบง่าย (ตัวรถ เรือ กล่องใส่อุปกรณ์ ฯลฯ)
ไฟเบอร์กลาสเชิงเส้นมีสารตัวเติมในรูปแบบของเส้นใยยาวที่จัดเรียงเป็นเส้นแยกจากกันและติดกาวอย่างระมัดระวังด้วยสารยึดเกาะ สิ่งนี้ให้ไฟเบอร์กลาสที่มีความแข็งแรงสูงกว่า
ไฟเบอร์กลาสสามารถทำงานที่อุณหภูมิตั้งแต่ -60 ถึง 200°C เช่นเดียวกับในเขตร้อน ทนต่อแรงเฉื่อยมากเกินพิกัด
เมื่ออายุสองปี ค่าสัมประสิทธิ์การแก่ K = 0.5-0.7
รังสีไอออไนซ์มีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้า ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงสูงพร้อมข้อต่อและเกลียว
3.4. เส้นใยคาร์บอน
เส้นใยคาร์บอน (พลาสติกคาร์บอน) เป็นองค์ประกอบที่ประกอบด้วยสารยึดประสานโพลิเมอร์ (เมทริกซ์) และสารเสริมแรงในรูปของเส้นใยคาร์บอน (คาร์บอนไฟเบอร์)
พลังงานสูง การเชื่อมต่อ CCคาร์บอนไฟเบอร์ช่วยให้พวกเขารักษาความแข็งแรงที่มาก อุณหภูมิสูง(ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางและลดอุณหภูมิได้ถึง 2,200 °C) เช่นเดียวกับที่ อุณหภูมิต่ำ. เส้นใยได้รับการปกป้องจากการเกิดออกซิเดชันด้วยการเคลือบป้องกัน (ไพโรไลติก) ซึ่งแตกต่างจากใยแก้วตรงที่เส้นใยคาร์บอนเปียกน้ำได้ไม่ดีจากสารยึดเกาะ
(พลังงานพื้นผิวต่ำ) ดังนั้นจึงมีการแกะสลัก สิ่งนี้จะเพิ่มระดับของการกระตุ้นเส้นใยคาร์บอนโดยเนื้อหาของกลุ่มคาร์บอกซิลบนพื้นผิว ความแข็งแรงเฉือนระหว่างชั้นของคาร์บอนไฟเบอร์เพิ่มขึ้น 1.6-2.5 เท่า การตีด้วยผลึกของผลึกวิสเกอร์ TiO, AlN และ SiN ซึ่งทำให้ความแข็งแกร่งระหว่างชั้นเพิ่มขึ้น 2 เท่าและความแข็งแรงเพิ่มขึ้น 2.8 เท่า ใช้โครงสร้างเสริมเชิงพื้นที่
สารยึดเกาะเป็นโพลีเมอร์สังเคราะห์ (เส้นใยโพลีเมอร์คาร์บอน); โพลิเมอร์สังเคราะห์ภายใต้กระบวนการไพโรไลซิส (เส้นใยคาร์บอนที่ผ่านการเผา); ไพโรไลติกคาร์บอน (เส้นใยคาร์บอนไพโรคาร์บอน)
เส้นใยคาร์บอนอีพอกซีฟีนอล KMU-1l เสริมด้วยเทปคาร์บอน และ KMU-1u บนพ่วง หุ้มด้วยวิสเกอร์คริสตัล สามารถทำงานได้นานที่อุณหภูมิสูงถึง 200 °C
คาร์โบไฟเบอร์ KMU-3 และ KMU-2l ได้มาจากสารยึดประสานอีพอกซีอะนิลิโน-ฟอร์มาลดีไฮด์ ซึ่งสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 100 °C ซึ่งเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงที่สุด คาร์บอนไฟเบอร์ KMU-2 และ
KMU-2l ที่ใช้สารยึดเกาะโพลีอิไมด์สามารถใช้ได้ที่อุณหภูมิสูงถึง
300 องศาเซลเซียส
เส้นใยคาร์บอนมีความโดดเด่นด้วยความทนทานต่อความเมื่อยล้าแบบคงที่และไดนามิกสูง รักษาคุณสมบัตินี้ไว้ที่อุณหภูมิปกติและต่ำมาก (การนำความร้อนสูงของเส้นใยป้องกันความร้อนในตัวเองของวัสดุเนื่องจากการเสียดสีภายใน) มีความทนทานต่อน้ำและสารเคมี หลังจากสัมผัสกับรังสีเอกซ์ในอากาศ E และ E แทบไม่เปลี่ยนแปลง
ค่าการนำความร้อนของคาร์บอนไฟเบอร์สูงกว่าค่าการนำความร้อนของไฟเบอร์กลาส 1.5-2 เท่า มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าดังต่อไปนี้: = 0.0024-0.0034 Ohm cm (ตามเส้นใย); ? \u003d 10 และ tg \u003d 0.001 (ที่ความถี่ปัจจุบัน 10 Hz)
ใยแก้วประกอบด้วยใยแก้วคาร์บอนซึ่งช่วยลดต้นทุนของวัสดุ
3.5. คาร์บอนไฟเบอร์กับเมทริกซ์คาร์บอน
วัสดุสำหรับการเผาถ่านได้มาจากเส้นใยคาร์บอนโพลิเมอร์ทั่วไปที่อยู่ภายใต้กระบวนการไพโรไลซิสในบรรยากาศเฉื่อยหรือลดบรรยากาศ ที่อุณหภูมิ 800-1500 °C จะเกิดคาร์บอไนซ์คาร์บอน ที่อุณหภูมิ 2,500-3,000 °C จะเกิดเส้นใยคาร์บอนแกรไฟต์ เพื่อให้ได้วัสดุไพโรคาร์บอน สารเพิ่มความแข็งจะถูกจัดวางตามรูปร่างของผลิตภัณฑ์และวางในเตาอบซึ่งผ่านก๊าซไฮโดรคาร์บอน (มีเทน) ภายใต้ระบอบการปกครองบางอย่าง (อุณหภูมิ 1,100 °C และความดันตกค้าง 2,660 Pa) มีเทนจะสลายตัวและคาร์บอนไพโรไลติกที่เกิดขึ้นจะถูกสะสมไว้บนเส้นใยของสารเสริมแรง
ถ่านโค้กที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการไพโรไลซิสของสารยึดเกาะมีแรงยึดเกาะสูงกับคาร์บอนไฟเบอร์ ในแง่นี้ วัสดุคอมโพสิตมีคุณสมบัติทางกลและการกัดกร่อนสูง ทนทานต่อแรงกระแทกจากความร้อน
คาร์บอนไฟเบอร์ที่มีเมทริกซ์คาร์บอนของประเภท KUP-VM ในแง่ของความแข็งแรงและแรงกระแทกนั้นเหนือกว่ากราไฟต์พิเศษ 5-10 เท่า เมื่อให้ความร้อนในบรรยากาศเฉื่อยและสุญญากาศ จะคงความแข็งแรงได้ถึง 2200
°C ออกซิไดซ์ในอากาศที่ 450 °C และต้องการการเคลือบป้องกัน
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของคาร์บอนไฟเบอร์หนึ่งเส้นกับเมทริกซ์คาร์บอนนั้นสูงเป็นอย่างอื่น (0.35-0.45) และการสึกหรอต่ำ (0.7-1 ไมครอนสำหรับการเบรก)
3.6. เส้นใยโบรอน
เส้นใยโบรอนเป็นองค์ประกอบของสารยึดเกาะโพลิเมอร์และสารเสริมแรง - เส้นใยโบรอน
เส้นใยโบรอนมีความโดดเด่นด้วยแรงอัดสูง, แรงเฉือนเฉือน, การคืบต่ำ, ความแข็งสูงและโมดูลัสของความยืดหยุ่น, การนำความร้อนและไฟฟ้า โครงสร้างจุลภาคระดับเซลล์ของเส้นใยโบรอนทำให้มีแรงเฉือนสูงที่ส่วนต่อประสานกับเมทริกซ์
นอกจากเส้นใยโบรอนแบบต่อเนื่องแล้ว ยังมีการใช้กลาสไซต์โบรอนเชิงซ้อน ซึ่งเส้นใยโบรอนขนานหลายเส้นถูกถักด้วยใยแก้ว ซึ่งให้ความเสถียรของมิติ การใช้แก้วโบรอนทำให้ง่ายขึ้น กระบวนการทางเทคโนโลยีการผลิตวัสดุ
อีพ็อกซี่ดัดแปลงและตัวประสานโพลีอิไมด์ใช้เป็นเมทริกซ์เพื่อให้ได้เส้นใยโบรอน เส้นใยโบรอน KMB-1 และ
KMB-1k ได้รับการออกแบบมาสำหรับการทำงานระยะยาวที่อุณหภูมิ 200 °C ไม่จำเป็นต้องใช้ KMB-3 และ KMB-3k ความดันสูงระหว่างการประมวลผลและสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิไม่เกิน 100 ° C KMB-2k ทำงานที่ 300 °C
เส้นใยโบรอนมีความทนทานต่อความเมื่อยล้าสูง ทนทานต่อรังสี น้ำ ตัวทำละลายอินทรีย์ เชื้อเพลิงและสารหล่อลื่น
3.7. เส้นใยอินทรีย์
เส้นใยอินทรีย์เป็นวัสดุเชิงประกอบที่ประกอบด้วยสารประสานโพลิเมอร์และสารเสริมแรง (สารตัวเติม) ในรูปของเส้นใยสังเคราะห์ วัสดุดังกล่าวมีน้ำหนักน้อย มีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งจำเพาะค่อนข้างสูง และมีความเสถียรภายใต้การรับน้ำหนักสลับกันและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว สำหรับเส้นใยสังเคราะห์ การสูญเสียความแข็งแรงระหว่างการแปรรูปสิ่งทอมีเพียงเล็กน้อย มีความไวต่อความเสียหายน้อยกว่า
สำหรับเส้นใยออร์แกน ค่าโมดูลัสของความยืดหยุ่นและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นของตัวชุบแข็งและสารยึดเกาะนั้นใกล้เคียงกัน
มีการแพร่กระจายของส่วนประกอบของสารยึดเกาะในเส้นใยและปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างกัน โครงสร้างของวัสดุไม่มีข้อบกพร่อง ความพรุนไม่เกิน 1-3% (ในวัสดุอื่น 10-20%) ดังนั้นความเสถียรของคุณสมบัติเชิงกลของเส้นใยออร์กาโนที่มีอุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว แรงกระแทกและโหลดเป็นวงกลม แรงกระแทกสูง (400-700kJ/m²) ข้อเสียของวัสดุเหล่านี้คือแรงอัดที่ค่อนข้างต่ำและการคืบสูง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเส้นใยยืดหยุ่น)
เส้นใยอินทรีย์มีความทนทานต่อ สภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวและในภูมิอากาศเขตร้อนชื้น คุณสมบัติไดอิเล็กทริกสูงและการนำความร้อนต่ำ เส้นใยออร์แกนโนไฟเบอร์ส่วนใหญ่สามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิ 100-150 °C และขึ้นอยู่กับตัวประสานโพลีอิไมด์และเส้นใยโพลีออกซาไดอะโซล - ที่อุณหภูมิ 200-300 °C
ในวัสดุผสมพร้อมกับเส้นใยสังเคราะห์จะใช้เส้นใยแร่ (แก้ว เส้นใยคาร์บอน และเส้นใยโบรอน) วัสดุดังกล่าวมีความแข็งแรงและความแข็งแกร่งมากกว่า
ไม่จำกัดพื้นที่ในการใช้วัสดุผสม ใช้ในการบินสำหรับชิ้นส่วนของเครื่องบินที่มีการบรรทุกสูง (ผิวหนัง เสากระโดง ซี่โครง แผง ฯลฯ) และเครื่องยนต์ (ใบพัดคอมเพรสเซอร์และกังหัน ฯลฯ) ในเทคโนโลยีอวกาศสำหรับหน่วยโครงสร้างรับน้ำหนักของยานพาหนะที่ได้รับความร้อน , สำหรับชิ้นส่วนเสริมความแข็ง แผง , ในอุตสาหกรรมยานยนต์เพื่อทำให้ตัวถัง สปริง เฟรม แผงตัวถัง กันชน ฯลฯ มีน้ำหนักเบาลง ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ (เครื่องมือขุดเจาะ ชิ้นส่วนรถเกี่ยวนวดข้าว ฯลฯ) ในงานวิศวกรรมโยธา (ช่วงสะพาน องค์ประกอบของโครงสร้างสำเร็จรูปของอาคารสูง ฯลฯ) ฯลฯ) และในด้านอื่น ๆ ของเศรษฐกิจของประเทศ
การใช้วัสดุคอมโพสิตทำให้เกิดก้าวกระโดดใหม่ในเชิงคุณภาพในการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์ พลังงาน และการติดตั้งระบบขนส่ง ลดน้ำหนักของเครื่องจักรและอุปกรณ์
เทคโนโลยีในการรับผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปและผลิตภัณฑ์จากวัสดุผสมได้รับการพัฒนาอย่างดี
วัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์ที่ไม่ใช่โลหะ ได้แก่ เส้นใยโพลีเมอร์คาร์บอน ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมต่อเรือและยานยนต์ (ตัวถังรถยนต์ แชสซีส์ ใบพัด) แบริ่ง, แผงทำความร้อน, อุปกรณ์กีฬา, ชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์ทำจากพวกเขา เส้นใยคาร์บอนโมดูลัสสูงใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน อุปกรณ์สำหรับอุตสาหกรรมเคมี อุปกรณ์เอ็กซเรย์และเพื่อน
คาร์บอนไฟเบอร์เมทริกซ์คาร์บอนแทนที่กราไฟต์ประเภทต่างๆ ใช้สำหรับป้องกันความร้อน จานเบรกเครื่องบิน อุปกรณ์ทนสารเคมี
ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากเส้นใยโบรอนถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีการบินและอวกาศ (โปรไฟล์ แผง โรเตอร์และใบพัดคอมเพรสเซอร์ ใบพัดและเพลาส่งกำลังของเฮลิคอปเตอร์ ฯลฯ)
เส้นใยออร์แกโนไฟเบอร์ถูกใช้เป็นวัสดุโครงสร้างที่เป็นฉนวนในอุตสาหกรรมไฟฟ้าและวิทยุ เทคโนโลยีการบิน และวิศวกรรมยานยนต์ ท่อ ภาชนะบรรจุน้ำยา สารเคลือบตัวเรือ และอื่นๆ ทำจากสิ่งเหล่านี้
สามารถดูประกาศซื้อ-ขายอุปกรณ์ได้ที่
คุณสามารถพูดคุยเกี่ยวกับข้อดีของเกรดพอลิเมอร์และคุณสมบัติต่างๆ ได้ที่
ลงทะเบียนบริษัทของคุณใน Business Directory
เว็บไซต์คอมโพสิตเป็นเทคโนโลยีพิเศษที่นำเสนอโดย 1C-Bitrix จุดประสงค์ของการใช้เทคโนโลยีนี้คือเพื่อเพิ่มความเร็วให้กับไซต์ ไซต์แบบผสมโหลดได้เร็วกว่าไซต์ทั่วไปบน 1C-Bitrix หลายเท่า
$this->setFrameMode(จริง)
$frame = $this->createFrame()->begin();
$frame->end()
เว็บไซต์คอมโพสิต: มันคืออะไรและทำไมจึงจำเป็น
เว็บไซต์คอมโพสิตเป็นเทคโนโลยีพิเศษที่นำเสนอโดย 1C-Bitrix จุดประสงค์ของการใช้เทคโนโลยีนี้คือเพื่อเพิ่มความเร็วให้กับไซต์ ไซต์แบบผสมโหลดได้เร็วกว่าไซต์ทั่วไปบน 1C-Bitrix หลายเท่า
$this->setFrameMode(จริง)$frame = $this->createFrame()->begin();
$frame->end()การแนะนำ. 2
1. ข้อมูลทั่วไปเรื่องวัสดุผสม..3
2. องค์ประกอบและโครงสร้างของคอมโพสิต..5
3. การประเมินเมทริกซ์และสารเพิ่มความแข็งในการสร้างคุณสมบัติของคอมโพสิต .. 10
3.1. วัสดุผสมที่มีเมทริกซ์โลหะ10
3.2. วัสดุผสมที่มีเมทริกซ์อโลหะ10
4. วัสดุก่อสร้าง– คอมโพสิต.. 12
4.1. พอลิเมอร์ในการก่อสร้าง 12
4.2. คอมโพสิตและคอนกรีต..16
4.3. แผ่นอลูมิเนียมคอมโพสิต..19
บทสรุป. 23
รายการวรรณกรรมที่ใช้..24
ในตอนต้นของศตวรรษที่ 21 มีการถามคำถามเกี่ยวกับวัสดุก่อสร้างในอนาคต การพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีทำให้ยากที่จะคาดเดา: เมื่อสี่ทศวรรษที่ผ่านมาไม่มีการใช้วัสดุก่อสร้างโพลีเมอร์อย่างแพร่หลายและคอมโพสิต "จริง" ที่ทันสมัยเป็นที่รู้จักเฉพาะในวงแคบ ๆ ของผู้เชี่ยวชาญเท่านั้น อย่างไรก็ตาม สันนิษฐานได้ว่าวัสดุก่อสร้างหลักจะเป็นโลหะ คอนกรีตและคอนกรีตเสริมเหล็ก เซรามิก แก้ว ไม้ และโพลิเมอร์ วัสดุก่อสร้างจะถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานวัตถุดิบเดียวกัน แต่ด้วยการใช้ส่วนประกอบและวิธีการทางเทคโนโลยีสูตรใหม่ซึ่งจะให้คุณภาพการดำเนินงานที่สูงขึ้นและตามด้วยความทนทานและความน่าเชื่อถือ จะมีการใช้ของเสียจากอุตสาหกรรมต่างๆ ของใช้แล้ว ของเสียในท้องถิ่นและในประเทศให้เกิดประโยชน์สูงสุด วัสดุก่อสร้างจะถูกเลือกตามเกณฑ์ด้านสิ่งแวดล้อม และการผลิตจะใช้เทคโนโลยีที่ไม่ก่อให้เกิดขยะ
ตอนนี้มีชื่อแบรนด์มากมายสำหรับการตกแต่งฉนวนและวัสดุอื่น ๆ ซึ่งโดยหลักการแล้วจะแตกต่างกันในองค์ประกอบและเทคโนโลยีเท่านั้น การไหลของวัสดุใหม่นี้จะเพิ่มขึ้นและคุณสมบัติการดำเนินงานจะได้รับการปรับปรุงโดยคำนึงถึงสภาพอากาศที่รุนแรงและการประหยัดทรัพยากรพลังงานของรัสเซีย
วัสดุผสม - วัสดุที่เป็นของแข็งต่างกันซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบตั้งแต่สองส่วนขึ้นไป ซึ่งองค์ประกอบเสริมแรงสามารถแยกแยะได้ซึ่งให้ลักษณะทางกลที่จำเป็นของวัสดุ และเมทริกซ์ (หรือสารยึดเกาะ) ที่ให้ ทำงานร่วมกันเสริมองค์ประกอบ
พฤติกรรมเชิงกลของคอมโพสิตนั้นพิจารณาจากอัตราส่วนของคุณสมบัติขององค์ประกอบเสริมแรงและเมทริกซ์รวมถึงความแข็งแรงของพันธะระหว่างพวกมัน ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของวัสดุ ทางเลือกที่เหมาะสมส่วนประกอบดั้งเดิมและเทคโนโลยีของการผสมผสาน ออกแบบมาเพื่อให้มีการเชื่อมต่อที่แน่นแฟ้นระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ในขณะที่ยังคงลักษณะดั้งเดิมไว้
อันเป็นผลมาจากการรวมองค์ประกอบเสริมแรงและเมทริกซ์เข้าด้วยกันทำให้เกิดคุณสมบัติเชิงซ้อนที่ซับซ้อนซึ่งไม่เพียง แต่สะท้อนถึงลักษณะเริ่มต้นของส่วนประกอบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติที่ไม่มีส่วนประกอบที่แยกได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การมีส่วนต่อประสานระหว่างองค์ประกอบเสริมแรงและเมทริกซ์จะเพิ่มความต้านทานการแตกร้าวของวัสดุอย่างมีนัยสำคัญ และในวัสดุผสม ซึ่งแตกต่างจากโลหะ การเพิ่มความแข็งแรงคงที่ไม่ได้นำไปสู่การลดลง แต่ตามกฎแล้ว เพิ่มคุณสมบัติความเหนียวแตกหัก
ความแข็งแรงเฉพาะสูง
ความแข็งแกร่งสูง (โมดูลัสของความยืดหยุ่น 130…140 GPa)
ทนต่อการสึกหรอสูง
ความเมื่อยล้าสูง
สามารถสร้างโครงสร้างที่มั่นคงตามมิติจาก CM
นอกจากนี้ ประเภทของวัสดุผสมที่แตกต่างกันอาจมีข้อดีตั้งแต่หนึ่งข้อขึ้นไป ผลประโยชน์บางอย่างไม่สามารถบรรลุพร้อมกันได้
ข้อเสียของวัสดุผสม
คลาสของคอมโพสิตส่วนใหญ่ (แต่ไม่ใช่ทั้งหมด) มีข้อเสีย:
ราคาสูง
คุณสมบัติแอนไอโซโทรปี
ความเข้มข้นของการผลิตด้านวิทยาศาสตร์เพิ่มขึ้น ความต้องการอุปกรณ์และวัตถุดิบราคาแพงเป็นพิเศษ และด้วยเหตุนี้การผลิตทางอุตสาหกรรมที่พัฒนาแล้วและฐานทางวิทยาศาสตร์ของประเทศ
คอมโพสิตคือวัสดุหลายองค์ประกอบที่ประกอบด้วยพอลิเมอร์ โลหะ คาร์บอน เซรามิกหรือเบสอื่นๆ (เมทริกซ์) ที่เสริมด้วยสารตัวเติมที่ทำจากเส้นใย หนวดเครา อนุภาคละเอียด ฯลฯ โดยการเลือกองค์ประกอบและคุณสมบัติของสารตัวเติมและเมทริกซ์ (สารยึดเกาะ) อัตราส่วน , การวางแนวของฟิลเลอร์, เป็นไปได้ที่จะได้รับวัสดุที่มีการผสมผสานที่จำเป็นของการปฏิบัติงานและ คุณสมบัติทางเทคโนโลยี. การใช้เมทริกซ์หลายตัว (วัสดุผสมโพลีเมทริกซ์) หรือสารตัวเติมในวัสดุเดียว ธรรมชาติที่แตกต่างกัน(วัสดุผสมแบบไฮบริด) เพิ่มความเป็นไปได้ในการควบคุมคุณสมบัติของวัสดุผสมอย่างมีนัยสำคัญ ฟิลเลอร์เสริมแรงรับรู้ถึงส่วนแบ่งหลักของการรับน้ำหนักของวัสดุผสม
ตามโครงสร้างของสารตัวเติม วัสดุคอมโพสิตแบ่งออกเป็นเส้นใย (เสริมด้วยเส้นใยและหนวด), ชั้น (เสริมด้วยฟิล์ม, แผ่น, สารตัวเติมเป็นชั้น), เสริมแรงกระจายหรือเสริมแรงกระจาย (ด้วยสารตัวเติมในรูปของ อนุภาคละเอียด) เมทริกซ์ในวัสดุผสมทำให้มั่นใจได้ถึงความแข็งแกร่งของวัสดุ การถ่ายโอนและการกระจายความเค้นในสารตัวเติม กำหนดความร้อน ความชื้น ไฟ และสารเคมี ความทนทาน
ตามลักษณะของวัสดุเมทริกซ์ โพลิเมอร์ โลหะ คาร์บอน เซรามิก และวัสดุผสมอื่นๆ มีความแตกต่างกัน
วัสดุคอมโพสิตที่เสริมแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่องโมดูลัสสูงและมีความแข็งแรงสูงได้รับการใช้งานมากที่สุดในการก่อสร้างและวิศวกรรม ซึ่งรวมถึง: วัสดุคอมโพสิตโพลิเมอร์ที่ทำจากเทอร์โมเซตติง (อีพ็อกซี่ โพลีเอสเตอร์ ฟีนอลฟอร์มอล โพลีเอไมด์ ฯลฯ) และสารยึดประสานเทอร์โมพลาสติกที่เสริมด้วยแก้ว (ไฟเบอร์กลาส) คาร์บอน (คาร์บอนไฟเบอร์) org (organoplasty), โบรอน (boroplasty) และเส้นใยอื่นๆ; โลหะ วัสดุคอมโพสิตที่ขึ้นกับโลหะผสม Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Cr ที่เสริมแรงด้วยเส้นใยโบรอน คาร์บอน หรือซิลิกอนคาร์ไบด์ รวมทั้งเหล็กกล้า โมลิบดีนัม หรือลวดทังสเตน
วัสดุคอมโพสิตขึ้นอยู่กับคาร์บอนที่เสริมด้วยเส้นใยคาร์บอน (วัสดุคาร์บอน-คาร์บอน); วัสดุคอมโพสิตที่มีพื้นฐานจากเซรามิกที่เสริมแรงด้วยคาร์บอน ซิลิกอนคาร์ไบด์ และเส้นใยทนความร้อนอื่นๆ และ SiC เมื่อใช้เส้นใยคาร์บอน แก้ว อะรามิด และโบรอนที่มีอยู่ในวัสดุในปริมาณ 50-70% องค์ประกอบจะถูกสร้างขึ้น (ดูตาราง) พร้อมจังหวะ ความแข็งแรงและโมดูลัสของความยืดหยุ่นสูงกว่าวัสดุโครงสร้างและโลหะผสมทั่วไป 2-5 เท่า นอกจากนี้ วัสดุคอมโพสิตที่เป็นเส้นใยยังเหนือกว่าโลหะและโลหะผสมในแง่ของความแข็งแรงเมื่อยล้า ทนความร้อน ต้านทานการสั่นสะเทือน การดูดซับเสียง แรงกระแทก และคุณสมบัติอื่นๆ ดังนั้น การเสริมแรงของโลหะผสมอัลด้วยเส้นใยโบรอนช่วยปรับปรุงลักษณะทางกลของพวกมันอย่างมีนัยสำคัญ และทำให้สามารถเพิ่มอุณหภูมิในการทำงานของโลหะผสมจาก 250–300 เป็น 450–500 °C การเสริมแรงด้วยลวด (จาก W และ Mo) และเส้นใยของสารประกอบทนไฟถูกนำมาใช้เพื่อสร้างวัสดุผสมที่ทนความร้อนตาม Ni, Cr, Co, Ti และโลหะผสมของพวกมัน ดังนั้น โลหะผสม Ni ทนความร้อนที่เสริมด้วยเส้นใยจึงสามารถทำงานได้ที่ 1,300-1,350 °C ในการผลิตวัสดุคอมโพสิทที่เป็นเส้นใยโลหะ การใช้เมทริกซ์โลหะกับสารตัวเติมจะดำเนินการส่วนใหญ่จากการหลอมละลายของวัสดุเมทริกซ์ โดยการสะสมด้วยไฟฟ้าเคมีหรือการสปัตเตอร์ การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ดำเนินการโดย Ch. อร๊าย วิธีการชุบโครงของเส้นใยเสริมแรงด้วยการหลอมโลหะภายใต้ความดันสูงถึง 10 MPa หรือโดยการรวมฟอยล์ (วัสดุเมทริกซ์) เข้ากับเส้นใยเสริมแรงโดยใช้การรีด การกด การอัดขึ้นรูปภายใต้ภาระ จนถึงอุณหภูมิหลอมละลายของวัสดุเมทริกซ์
หนึ่งในวิธีการทางเทคโนโลยีทั่วไปสำหรับการผลิตพอลิเมอร์และโลหะ วัสดุผสมที่เป็นเส้นใยและเป็นชั้น - การเจริญเติบโตของผลึกตัวเติมในเมทริกซ์โดยตรงในกระบวนการผลิตชิ้นส่วน วิธีนี้ใช้ เช่น เมื่อสร้างยูเทคติก โลหะผสมทนความร้อนจาก Ni and Co. การผสมโลหะหลอมกับคาร์ไบด์และอินเตอร์เมทัลลิก Comm. ก่อตัวเป็นเส้นใยหรือผลึกลาเมลลาร์ระหว่างการทำความเย็นภายใต้สภาวะควบคุม นำไปสู่การแข็งตัวของโลหะผสมและช่วยให้คุณเพิ่มอุณหภูมิในการทำงานได้ 60-80 oC วัสดุเชิงประกอบที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบรวมความหนาแน่นต่ำเข้ากับการนำความร้อนสูง เคมี ความต้านทาน, ความเสถียรของมิติที่อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว, เช่นเดียวกับการเพิ่มความแข็งแรงและโมดูลัสยืดหยุ่นเมื่อถูกความร้อนถึง 2,000 ° C ในสื่อเฉื่อย สำหรับวิธีการรับวัสดุผสมคาร์บอน-คาร์บอน โปรดดูที่ CFRP วัสดุคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงสูงจากเซรามิกได้จากการเสริมแรงด้วยฟิลเลอร์ที่เป็นเส้นใยเช่นเดียวกับโลหะ และเซรามิค อนุภาคที่กระจายตัว การเสริมแรงด้วยเส้นใย SiC แบบต่อเนื่องทำให้ได้วัสดุคอมโพสิตที่มีลักษณะเพิ่มขึ้น ความเหนียว ความแข็งแรงดัด และความต้านทานสูงต่อการเกิดออกซิเดชันที่ อุณหภูมิสูง. อย่างไรก็ตาม การเสริมแรงของเซรามิกด้วยเส้นใยไม่ได้นำไปสู่ผลลัพธ์ที่มีนัยสำคัญเสมอไป คุณสมบัติความแข็งแรงที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากการขาดสถานะยืดหยุ่นของวัสดุที่มีค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นสูง การเสริมแรงด้วยโลหะที่กระจายตัว อนุภาคช่วยให้คุณสร้างโลหะเซรามิก วัสดุ (cermets) ที่เพิ่มขึ้น ความแข็งแรง, การนำความร้อน, ความต้านทานแรงกระแทกจากความร้อน ในการผลิตเซรามิก วัสดุคอมโพสิตมักจะใช้การกดร้อนกดครั้งสุดท้าย การเผา การหล่อสลิป (ดูเพิ่มเติมที่ เซรามิกส์) การเสริมแรงของวัสดุด้วยโลหะที่กระจายตัว อนุภาคนำไปสู่ความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากการสร้างสิ่งกีดขวางต่อการเคลื่อนที่ของความคลาดเคลื่อน การเสริมแรงดังกล่าว อร๊าย ใช้ในการสร้างโลหะผสมโครเมียม-นิกเกิลที่ทนความร้อน วัสดุได้มาจากการเติมอนุภาคละเอียดลงในโลหะหลอมเหลวด้วยวัสดุสุดท้าย การประมวลผลปกติของแท่งโลหะเป็นผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น การแนะนำ ThO2 หรือ ZrO2 เข้าไปในโลหะผสมทำให้ได้โลหะผสมทนความร้อนที่เสริมแรงการกระจายซึ่งทำงานเป็นเวลานานภายใต้ภาระที่ 1100-1200 ° C (ขีดจำกัดความสามารถในการทำงานของโลหะผสมทนความร้อนทั่วไป ภายใต้เงื่อนไขเดียวกันคือ 1,000-1,050 ° C) ทิศทางที่มีแนวโน้มดีในการสร้างวัสดุคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงสูงคือการเสริมแรงวัสดุด้วยหนวด ซึ่งเนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กจึงแทบไม่มีข้อบกพร่องในผลึกขนาดใหญ่และมีความแข็งแรงสูง สูงสุด ใช้ได้จริง ที่น่าสนใจคือผลึกของ Al2O3, BeO, SiC, B4C, Si3N4, AlN และกราไฟต์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1-30 ไมครอนและความยาว 0.3-15 มม. สารตัวเติมดังกล่าวใช้ในรูปแบบของเส้นด้ายเชิงเส้นหรือลามิเนตแบบไอโซโทรปิก เช่น กระดาษ กระดาษแข็ง สักหลาด วัสดุคอมโพสิตที่อิงจากอิพอกซีเมทริกซ์และหนวดเครา ThO2 (30% โดยน้ำหนัก) มีการเติบโต 0.6 GPa โมดูลัสยืดหยุ่น 70 GPa ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับองค์ประกอบของหนวดสามารถให้การรวมกันของไฟฟ้าที่ผิดปกติ และขนาด sv. การเลือกและการเลือกใช้วัสดุผสมส่วนใหญ่กำหนดโดยเงื่อนไขการบรรทุกและสภาวะการทำงานของชิ้นส่วนหรือโครงสร้าง เทคโนโลยี โอกาส. สูงสุด วัสดุผสมโพลิเมอร์มีจำหน่ายและเชี่ยวชาญ เมทริกซ์หลากหลายประเภทในรูปแบบของเทอร์โมเซตติงและเทอร์โมพลาสติก โพลิเมอร์ให้ เลือกกว้างวัสดุผสมสำหรับงานในช่วงจากลบ t-r สูงถึง 100-200°C - สำหรับพลาสติกออร์กาโนพลาสติก สูงถึง 300-400°С - สำหรับพลาสติกแก้ว คาร์บอน และโบรอน วัสดุผสมโพลิเมอร์ที่มีเมทริกซ์โพลีเอสเตอร์และอีพ็อกซี่ทำงานได้สูงถึง 120-200 ° ด้วยฟีนอล-ฟอร์มาลดีไฮด์ - สูงถึง 200-300 ° C, โพลีอิไมด์และซิลิกอน-ออร์ก - สูงถึง 250-400°C. โลหะ วัสดุคอมโพสิตที่มีส่วนประกอบของ Al, Mg และโลหะผสมของพวกมัน เสริมด้วยเส้นใยจาก B, C, SiC ใช้งานที่อุณหภูมิสูงถึง 400-500°C; วัสดุคอมโพสิตที่ใช้โลหะผสม Ni และ Co ทำงานที่อุณหภูมิสูงถึง 1100-1200 ° C โดยขึ้นอยู่กับโลหะทนไฟและ Comm - สูงถึง 1,500-1,700°C ขึ้นอยู่กับคาร์บอนและเซรามิก - สูงถึง 1,700-2,000°C การใช้วัสดุผสมเป็นโครงสร้าง ป้องกันความร้อน ป้องกันการเสียดสี วิทยุ และวิศวกรรมไฟฟ้า และวัสดุอื่นๆ ทำให้สามารถลดน้ำหนักของโครงสร้าง เพิ่มทรัพยากรและขีดความสามารถของเครื่องจักรและชุดประกอบ และสร้างหน่วย ชิ้นส่วน และโครงสร้างใหม่โดยพื้นฐาน วัสดุผสมทุกประเภทใช้ในอุตสาหกรรมเคมี สิ่งทอ เหมืองแร่ โลหะวิทยา อุตสาหกรรม วิศวกรรมเครื่องกล การขนส่ง สำหรับการผลิตอุปกรณ์กีฬา ฯลฯ
