Общие сведения о композиционных материалах

Композиционные материалы состоят из непрерывной матри­цы, в которой равномерно распределены дискретные или непре­рывные микрообъемы наполнителя зернистой (рис. 14, а)или волокнистой (рис. 14, б, в)формы. Матрица связывает отдельные элементы наполнителя в единый монолит. Механическая нагруз­ка, приложенная к КМ, воспринимается матрицей и через по­верхности раздела фаз передается на элементы наполнителя. В ка­честве наполнителя обычно используют более прочное вещество, а матрицей должно быть более пластичное вещество.

Рис. 14. Классификация композиционных материалов по виду наполни­теля:

а – с зернистым наполнителем; б – с дискретным волокнистым наполните­лем;

в – с непрерывным волокнистым наполнителем; d – диаметр зерна;

lз – межзеренное расстояние

Упрочняющее действие наполнителя определяется его геомет­рической формой, а также размерами и ориентацией дискретных элементов структуры наполнителя в КМ. По геометрической фор­ме используемого наполнителя КМ подразделяют на два класса:

• с зернистым наполнителем. Наполнитель называют зернистым при условии lз/d≈1.

• с волокнистым наполнителем. Для волокнистого наполнителя выполняется условие li/d » 1 (где li – длина волокна, d – диаметр волокна).

Механизм упрочняющего действия зернистого наполнителя за­висит от размера его зерен, исходя из которого различают КМ:

• дисперсно-упрочненные (упрочнение такого типа проявляет­ся при размере зерен d<0,1 мкм);

• порошковые (наполнитель с размером зерен d>1 мкм).

В зависимости от механизма армирующего действия волокнис­того наполнителя различают КМ:

• с дискретным волокном (отношение размерных параметров волокна li/d в этих композитах находится в пределах 10–10³);

• с непрерывным волокном, удовлетворяющим условию li/d » ∞.

Пространственная ориентация волокнистого наполнителя, не влияя на механизм контактного взаимодействия матрицы с во­локном, оказывает влияние на условия передачи напряжения в объеме детали из КМ. Рациональная ориентация волокон позво­ляет оптимально использовать преимущества КМ при конструи­ровании деталей машин, усиливая материал в наиболее нагру­женных направлениях детали.