Классификация композиционных материалов.

Все КМ условно можно классифицировать по следующим признакам: материалу композиции, типу арматуры и ее ориентации, способу получения композиции и изделий из них, по назначению.

В зависимости от материала матрицы КМ можно разделить на следующие основные группы: композиции с металлической матрицей - металлические композиционные материалы (МКМ), с полимерной - полимерные композиционные материалы (ПКМ), с резиновой - резиновые композиционные материалы (РКМ) и с керамической - керамические композиционные материалы (ККМ).

Название ПКМ обычно присваивают в зависимости от армирующего материала. Например, ПКМ, армированные стеклянными волокнами, называют стеклопластиками. Аналогично получили свои названия металлопластики, асбестопластики, углепластики, боропластики и т.д.

У металлических и керамических КМ пока еще нет четких правил присвоения названий. Обычно вначале указывают материал матрицы, а затем армирующий материал, например медно-вольфрамовые, алюминиево-стальные КМ и т.п.

По типу арматуры и ее ориентации КМ подразделяют на две основные группы: изотропные и анизотропные.

Изотропные КМ имеют одинаковые свойства во всех направлениях. К этой группе относят КМ с порошкообразными наполнителями. К числу изотропных условно относят и КМ, армированные короткими (дискретными) частицами. КМ при этом получаются квазиизотропными, т.е. изотропными в объеме всего изделия, но анизотропными в микрообъемах.

У анизотропных материалов свойства зависят от направления армирующего материала. Их подразделяют на однонаправленные, слоистые и трехмерно-направленные. Анизотропия материала закладывается конструктором для получения КМ с заданными свойствами. Однонаправленные КМ чаще всего проектируют для изготовления изделий, работающих на растяжение. Слоистые КМ получают путем продольно-поперечной укладки с правильным чередованием слоев. Трехмерно-направленное армирование обычно достигается за счет использования “сшитых” в поперечном направлении армирующих тканей, сеток и т.п. Кроме такой анизотропии образуется еще технологическая анизотропия, возникающая при пластическом деформировании изотропных материалов (металлов).

В последнее время находят широкое применение так называемые гибридные КМ.

Гибридными называют КМ, содержащие в своем составе три или более компонентов. В зависимости от распределения компонентов гибридные КМ обычно делят на следующие классы: однородные КМ (рис.1,а), с равномерным распределением каждого армирующего компонента по всему объему композиции; линейно неоднородные КМ с объединением отдельных волокон в жгуты (рис.1,б); КМ с плоскостной неоднородностью (рис.1,в), в которых волокна каждого типа образуют чередующиеся слои, и макронеоднородные КМ, когда разнородные волокна образуют зоны, соизмеримые с характерным размером изделия из КМ (рис.1,г). При этом возможно использовать структуру типа “оболочка-сердцевина”. Такое сочетание компонентов рассматривается как наиболее перспективное. Конструктор, проектируя изделие из КМ, армирующие волокна (например, из углерода, бора и других) помещает в оболочку из металлической проволоки, сетки, фольги и т.п. Такие “полуфабрикаты” характеризуются высокой технологичностью при изготовлении изделий из волокнистых КМ. Помимо рассмотренных возможны и другие сочетания компонентов в композиции.

Рис. 1. Схемы армирования КМ: 1 - одномерного; 2 - двумерного

По способу получения полимерные и резиновые КМ разделяют на литейные и прессованные. Металлические КМ аналогично делят на литейные и деформируемые. Литейные получают путем пропитки арматуры расплавленным матричным материалом (сплавом). Для получения деформируемых МКМ применяют спекание, прессование, штамповку, ковку на молотах и др.

По назначению КМ разделяют на общеконструкционные, термостойкие, пористые, фрикционные и антифрикционные и т.д.