Общая характеристика и классификация

Композиционные материалы или композиты (КМ) – это материалы, состоящие из двух и более компонентов (упрочнителя и связующей их матрицы) и обладающие специфическими свойствами, отличными от суммарных свойств составляющих их компонентов

Компоненты композиционного материала различны по геометрическому признаку.

Компонент, непрерывный во всем объеме композиционного материала, называется матрицей.

Компонент прерывистый, разделенный в объеме композиционного материала, называется упрочнителем (наполнителем).

Матрица придает требуемую форму изделию, влияет на создание свойств композиционного материала, защищает упрочнитель от механических повреждений и других воздействий среды.

Свойства матрицы определяют технологические параметры процесса получения композита и его эксплуатационные свойства:

– плотность;

– удельную прочность;

– рабочую температуру;

– сопротивление усталостному разрушению;

– воздействию агрессивных сред.

В зависимости от материала матрицы различают:

– металлические композиционные материалы (МКМ) с металлической матрицей;

– полимерные композиционные материалы (ПКМ) с полимерной матрицей;

– керамические композиционные материалы (ККМ) с керамической матрицей.

Ведущую роль в КМ играют упрочняющие наполнители.Они имеют высокую прочность, твердость и модуль упругости.

По типу упрочняющих наполнителей КМ подразделяют на :

– дисперсноупрочненные;

– слоистые(рис. 1.).

Рис. 1. Схемы строения композиционных материалов:

а - дисперсноупрочненные; б - волокнистые; в – слоистые.

В дисперсноупрочненные КМ искусственно вводят мелкие равномерно распределенные тугоплавкие частицы карбидов, оксидов, нитридов и др., не взаимодействующие с матрицей и не растворяющиеся в ней вплоть до температуры плавления фаз. Чем мельче частицы наполнителя и меньше расстояние между ними, тем прочнее КМ.

Эффективное упрочнение достигается при содержании 5…10 % частиц наполнителя. Такие материалы отличаются изотропностью свойств.

Армирующими наполнителями служат частицы тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов.

В волокнистых композитах особенность структуры заключается в равномерном распределении высокопрочных, высокомодульных волокон в пластической матрице (содержание их, т.е. объемная доля, может достигать 75%).

Арматурой в волокнистых КМ могут быть волокна различной формы: нити, проволока, сетки разного плетения.

Слоистые композиционные материалы набираются из чередующихся слоев наполнителя и матричного материала (типа "сэндвич").

Слои наполнителя в таких КМ могут иметь различную ориентацию. Возможно поочередное использование слоев наполнителя из разных материалов с разными механическими свойствами. Для слоистых композиций обычно используют неметаллические материалы.