|
|
л " В О II
.0
X
X
о
с
О
ас
ства К. м. Тепло- и электропроводность, и магн. проницаемости К. м. определяются соответствующими характеристиками компонентов с учетом их объемного соотношения и структурных особенностей, а для анизотропных волокнистых К. м.≈ и направлением армирования. Эти характеристики с точностью, достаточной для практич. целей, могут быть вычислены по правилу аддитивности. Тому же правилу подчиняется и коэф. термич. расширения в соответствии с модулями упругости компонентов, что позволяет проектировать материал с заранее заданными свойствами. Напр.т введение углеродных волокон в алюминиевые сплавы позволяет снизить их коэф. термич. расширения в веек, раз (в направлении волокон), а металлич, волокон в керамич, матрицу ≈ существенно повысить е╦ теплопроводность; металлонаполнсиные полимеры приобретают магн. свойства, высокую тепло- и электропроводность и т. д.
Прочность и ж╦сткость К. м. определяются гл. обр. свойствами высокопрочных и высокомодульных волокон, однако роль матрицы также существенна. При нагружении пучка несвязанных между собой волокон разрушение единичного волокна приводит к перегрузке остальных. Если же волокна находятся в вязкой матрице, то пластич, или упругая деформация матрицы вблизи места разрыва вызывает сдвиговые напряжения, к-рые постепенно увеличивают нагружеяие разорванных фрагментов волокна. Вследствие такого перераспределения напряжении через матрицу К. м. способен выдерживать значительно большие напряжения, чем такой же комплекс волокон в отсутствие матрицы. Естественно, что для перераспределения нагрузки путем сдвиговых напряжений необходимо в процессе изготовления К. м. обеспечить прочную связь между волокном и матрицей, в противном случае происходит выд╦ргиваний концов разорвавшихся волокон из матрицы и неполная реализация их прочности. Эффективность упрочешш дискретными волокнами всегда несколько ниже. Поскольку нагрузка от матрицы на волокно переда╦тся посредством сдвиговых усилий, площадь поверхности волокон, т. е. отношение длины к диаметру, должна быть велика; для большинства К. м. критич. отношение длины к диаметру волокна, при к-ром оно получает нагрузку, способную его разорвать, равно 100 : 1.
Прочность при растяжении однонаправленного К. м. с непрерывными волокнами может быть оценена по ф-ле
при знакопеременных или пульсирующих нагрузках, что характерно для волокнистых структур. Обычно в К. м. трещина усталости, достигнув границы раздела компонентов, развивается нек-рое время вдоль не╦, затем перерезает очередное волокно в его слабом участке и т. д.; это приводит к диссипации напряжений в устье трещины и замедлению е╦ распространения. Напр., предел выносливости боралюыиниевого К. ы. ок. йОО МПа при числе циклов 2-Ю7, в то время как для высокопрочных конструкц. алюминиевых, сплавов он составляет прибл. 100 МПа. Поэтому К. м. позволяют значительно повысить над╦жность к долговечность конструкций. Армирование борными и углеродными волокнами повышает также уровень рабочих темп-р сплавов А1 с 250 до '2CQ прибл. 400° С (рис. 2).
Применение IODO L К. м. Используются
МПа
Рис. 2. Зависимости прочности от температуры для сплавов А1 (1) и композиционных материалов ≈ уг-леалюминия (2) и бор-алюминия
где 6f ≈ прочность волокон, am ≈ напряжения в матрице в момент разрушения волокон, Vj ≈ объ╦мная доля волокон в К. м. Для более точного расч╦та прочности необходимо в эту ф-лу ввести ряд коэф,, учитывающих дисперсию прочности волокон, их частичную разориентацию, наличие внутр. напряжений, пористости матрицы и др. Упрочняющий эффект волокон в К. м. проявляется лишь при содержании их не менее нек-рого значения Укр; при F<FKp роль волокон аналогична дефектам в матрице, приводящим к снижению прочности в соответствии с ур-нием окм= ~om(i≈Vf). Модуль упругости (модуль Юнга) в направлении волокон рассчитывается по правилу аддитивности:
где Еf и Ет ≈ модули упругости волокна и матрицы соответственно. Модуль упругости в поперечном направлении в предположении равенства и однородности напряжений в матрице и волокнах определяется выраженном
_ Особенностью К. м. является также большое со-430 противление распространению усталостной трещины
100 200 300 Температура,'С
К. м. в разл. отраслях техники: боралюминий и углепла-стики ≈ в авиац. и космич. технике (элементы силового набора крыла и фюзеляжа легат, аппаратов, створки, обтекатели, закрылки, рули), в ядерной и криогенной технике, хим. машиностроении, где необходимы корроз. радиационная стойкость, низкие коэф. термич. расширения и др.; стеклопластики ≈ в судостроении (корпуса катеров и яхт), приборостроении (корпуса приборов), автомобилестроении п т. д.; полимерные К. м. с наполнителем из борсодер-жащих соединений ≈ для защиты от нейтронного излучении, а с наполнителями, содержащими тяж╦лые элементы, ≈ для защиты от у-излучения; металлоке-раиич. порошковые К. м.≈ в качестве тепловыделяющих элементов, регулирующих стержней и замедлителей в реакторостроении, в качестве электрпч. контактов, сварочных электродов, деталей узлов трения и др.; порошковые дисперсно-упрочн╦нные К. м.≈ в деталях авиац, двигателей.
Лит.: Структура и свойства композиционных материалов, М., 1979; Композиционные материалы, под ред. Л. Браутмана, Р. Крока, пер. с англ., т. 1≈8, М., 1978; Композиционные материалы, М., 1981; Салибеков С. Е., Строгано-Б а В. Ф., Современное состояние и перспективы развитии композиционных материалов с металлической матрицей, -(.Металловедение и термическая обработка металлов», 1984, .Ns &, с. 2; Композиционные материалы. Справочник, под ред+ Д. М. Карпиноса, К., 1985. С. К. Силибекцв.
КОМПОНЕНТЫ (от лат. componens ≈ составляю-щий) ≈ химически индивидуальные вещества, из к-рых состоит термодипамич. система и к-рые могут быть выделены из не╦ и существовать независимо, К. могут находиться в разл. фазах тсрмодинамич. системы (твердой, жидкой, газообразной), к-рые характеризуются термодинамич. потенциалами, зависящими от концентраций К. Т. о., концентрации К. являются термодинамич. параметрами и должны учитываться в теории термодипамич. равновесия. К. паз. независимыми, если кол-во любой из них не зависит от кол-ва других; при отсутствии хим. реакций между К. вес они независимы (независимые К. часто наа. просто К.). Число независимых К. и возможных фаз связано С Гиббса правилом фа».
Если возможны хим. реакции между К., то'они не являются независимыми; число независимых К. меньше полного числа на число независимо протекающих хим. реакций. В зтом случае есть произвол в выборе независимых К. Независимые при нормальных темп-рах К. могут становиться зависимыми при высоких темп-рах
