Типы композитных материалов

Что такое композитные материалы

Многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т.д. называют композитными материалами или композитами.

Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик.

Первый композитный материал

То, что малые добавки волокна значительно увеличивают прочность и вязкость хрупких материалов, было известно с древнейших времен. Во времена египетского рабства евреи добавляли солому в кирпичи, чтобы они были прочнее и не растрескивались при сушке на жарком солнце.

Еще один композит древнего Египта одержал намного больший процент волокон, чем египетские кирпичи. Оболочки для египетских мумий делали из кусков папируса (наполнитель), пропитанных смолой (основа).

Типы композитных материалов

Композиты иногда классифицируют по материалу матрицы:

· композиты с полимерной матрицей,

В качестве матрицы при создании композиционных материалов данного вида используются полимеры самых разных типов: термопласты, реактопласты, эластомеры. Использование наполнителей позволяет изменять механические, электромагнитные, физико-химические характеристики исходного полимера, а, в ряде случаев, и снижать стоимость конечного композита по сравнению со стоимостью полимера за счет использования более дешевого, чем полимер, наполнителя, например, мела.

Свойства композитов такого типа могут изменяться при очень малых изменениях концентрации наполнителя благодаря его большой удельной поверхности и интенсивному межмолекулярному взаимодействию с полимером. В настоящее время активно разрабатываются новые способы получения и исследуются свойства различных полимерных нанокомпозитов.

· композиты с керамической матрицей,

Керамики являются материалами с высоким модулем упругости, высокой температурой плавления и высокой твердостью. Из-за присущей этим материалам хрупкости основная задача, решаемая посредством формирования композитных структур на их основе, — придание конструкционному материалу трещиностойкости. В таких композитах, в том числе с волокнистым армированием, это достигается, как правило, введением в структуру композита переходных, промежуточных слоев. В известных много десятилетий так называемых твердых сплавах для режущего инструмента роль такого промежуточного слоя между частицами керамики, обеспечивающего трещиностойкость композита, играет металлическая «связка».

Армированные композиты с керамической матрицей применяются в качестве жаропрочных и жаростойких материалов, а также составляющих броневых элементов. Композиты, наполненные микро- и наночастицами специальных добавок, используются в режущих кромках инструментов, в качестве износостойких материалов, а также материалов пломб в стоматологии.

К рассматриваемой категории не относятся композиты с полимерной, углеродной и металлической матрицей.

· композиты с металлической матрицей,

Это композиты, матрицей в которых является металл или металлический сплав.

Типичными композитами с металлической матрицей являются бороалюминий (волокно бора - матрица на основе алюминиевых сплавов), углеалюминий (композиты с углеволокном), композиты с волокном карбида кремния в титановой или титан-алюминидной матрице, а также с оксидными волокнами в матрице на основе никеля.

Основные приложения композитов с металлической матрицей в настоящее время - аэрокосмические конструкции, в будущем они могут заменить металлические сплавы во многих наземных приложениях, в том числе в автомобильной технике.

· композиты оксид-оксид.

Композиты оксид-оксид - композиты, все ингредиенты которых - оксиды.

Композиты обычно классифицируются по виду армирующего наполнителя:

· Волокнистые композиты

Волокнистые композиты армированы волокнами — кирпичи с соломой и оболочки для египетских мумий можно отнести как раз к этому классу композитов.

· Слоистые материалы

В слоистых материалах матрица (основа) и наполнитель расположены слоями, как, например, в особо прочном стекле, армированном несколькими слоями полимерных пленок.

· Дисперсноупрочнённые материалы

Дисперсноупрочнённые материалы, полученные путём введения в металлическую матрицу дисперсных частиц (упрочнителей) это жаропрочные сплавы, длительно работающие под нагрузкой.

· Нанокомпозиты

Нанокомпозиты — это современный многофункциональный материал, содержащий наноразмерные частицы и обладающий уникальными свойствами, которые до конца еще не изучены.