Краткая характеристика композиционных материалов.

Свойства КМ в основном зависят от физико-механических свойств компонентов, входящих в КМ, и прочности связи между ними. Отличительной особенностью КМ является то, что в них просматриваются достоинства компонентов, а не их недостатки. Вместе с тем КМ присущи свойства, которыми не обладают отдельно взятые компоненты, входящие в их состав. Для оптимизации свойств композиций выбирают компоненты с резко отличающимися, но дополняющими друг друга свойствами.

Основой КМ (матрица) служат металлы или сплавы (КМ на металлической основе), полимеры (КМ на полимерной основе), углеродные и керамические материалы (КМ на керамической основе).

Матрица связывает композицию, придает ей форму. От свойств матрицы в значительной степени зависят технологические режимы получения КМ и также важные эксплуатационные характеристики такие как рабочая температура, сопротивление усталостному разрушению, воздействие окружающей среды, плотность и удельная прочность. Созданы КМ с комбинированными матрицами, состоящими из чередующихся слоев (двух или более) различного химического состава.

КМ с комбинированными матрицами называют полиматричными. Для полиматричных материалов характерен более обширный перечень полезных свойств. Например, использование в качестве матрицы наряду с алюминием титана, увеличивает прочность КМ в направлении, перпендикулярном оси волокон. Алюминиевые слои в матрице способствуют уменьшению плотности материала.

В матрице равномерно распределены остальные компоненты (наполнители). Поскольку главную роль в упрочнении КМ играют наполнители, их часто называют упрочнителями (или армирующими материалами). Упрочнители должны обладать высокими прочностью и модулем упругости. По этим свойствам они значительно превосходят матрицу. С увеличением модуля упругости и временного сопротивления наполнителя повышаются соответствующие свойства КМ, хотя они и не достигают характеристик наполнителя.

Свойства КМ зависят также от формы или геометрии, размера, количества и характера распределения наполнителя.

По форме наполнители разделяют на три основные группы: нуль-мерные, одномерные, двумерные.

Нуль-мерные – это наполнители, имеющие очень малые размеры в трех измерениях (частицы). Одномерные – это наполнители, имеющие малые размеры в двух направлениях и размер, значительно больший в третьем измерении (волокна). Двумерные – это наполнители, у которых два размера соизмеримы с размером КМ и значительно превосходят третий (пластины, ткань).

По форме наполнителя КМ разделяют на дисперсно-упрочненные, слоистые и волокнистые.

КМ, упрочненные нуль-мерными наполнителями, называют дисперсно-упрочненными; упрочненные одномерными или одномерными и двумерными наполнителями называются волокнистыми КМ; упрочненные двумерными наполнителями называются слоистыми КМ.

Для расширения комплекса свойств или усиления какого-либо свойства при армировании КМ одновременно используют наполнители различной формы. Например, для увеличения прочности связи между одномерными наполнителями (стеклянными или углеродными волокнами) и полимерной матрицей в нее вводят нуль-мерный наполнитель (частицы асбеста, карбиды кремния и др.). С этой же целью применяют армированные наполнители одной формы, но разного состава. Так, для повышения модуля упругости КМ с полимерной матрицей, армированной стеклянным волокном, дополнительно вводят волокна бора.

КМ, которые содержат два и более различных наполнителя, называют полиармированными.

Если КМ состоят из трех и более компонентов, они называются гибридными.