композиционные материалы

Министерство образования и науки Российской Федерации Южно-Уральский государственный университет Кафедра «Станки и инструмент» 620.22(07) С217 В.Н. Сафин КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Текст лекций Челябинск Издательский центр ЮУрГУ 2010 1 УДК 620.22(075.8) С217 Одобрено учебно-методической комиссией механико-технологического факультета Рецензенты: Р.С. Зиновьев, В.В. Ерофеев С217 Сафин, В.Н. Композиционные материалы: текст лекций / В.Н. Сафин. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010. – 36 с. Композиционные материалы широко применяются в авиастроении, ракеткой техники, при изготовлении инструментов и т. д. В тексте лекций приводится классификация материалов, разбираются устройства композиционных материалов, приводятся характеристики волокон материалов, матриц. Рассматриваются дисперсноупрочнённые материалы, способы получения и использования. Также приводятся данные по проектированию и механической обработке изделий из композиционных материалов. Текст лекций позволяет получить знания для выполнения курсовых и квалификационных работ. УДК 620.22(075.8) © Издательский центр ЮУрГУ, 2010 2 1. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В машиностроении к конструкционным относятся материалы, из которых изготовляются конструкции и детали машин, воспринимающие механические нагрузки. В современных конструкторских решениях широко применяются композиционные материалы, например, углеродные волокна используются при изготовлении фюзеляжа самолёта А380, порошки тугоплавких металлов для получения режущей части инструментов, электроконтактов и т. п. Понятие композиционного материала должно удовлетворять следующим критериям: композиция должна представлять собой объемное сочетание хотя бы двух химически разнородных материалов с четкой границей раздела между этими компонентами (фазами) и характеризоваться свойствами, которых не имеет никакой из ее компонентов в отдельности. Композицию получают путем введения в основной материал (матрицу) определенного количества другого материала, который добавляется в целях получения специальных свойств. Композиционный материал может состоять из двух, трех и более компонентов. Размеры частиц входящих компонентов могут колебаться в широких пределах от сотых долей микрометра (для порошковых наполнителей) до десятков мкм при использовании волокнистых наполнителей. Для сравнения, толщина человеческого волоса 50 мкм. В большинстве случаев компоненты композиции различны по геометрическому признаку. Один из компонентов, обладающий непрерывностью по всему объему, называется матрицей. Компонент прерывный, разделенный в объеме композиции, считается усиливающим или армирующим. Усиливающими или армирующими компонентами чаще всего являются тонкодисперсные порошкообразные частицы или волокнистые материалы различной природы. В зависимости от вида армирующего компонента композиты могут быть разделены на две основные группы: дисперсно-упрочненные и волокнисто-упрочненные, которые отличаются структурой, механизмами образования высокой прочности. Во всех случаях – это система разных материалов, каждый из составляющих которой имеет свое конкретное назначение применительно к рассматриваемому готовому изде