Перечень вопросов по контролю остаточных знаний

№ пп	Содержание вопроса	Источник света
	Дайте определение: композиционный материал, матрица и наполнитель	Л-1,2
	Перечислите геометрические формы наполнителей и их влияние на механические свойства КМ	Л-1,2
	Что представляют собой полиматричные и полиармированные КМ	Л-1,2
	Назовите материалы, используемые в КМ в качестве наполнителя	Л-1,2
	Что представляет собой одноосное, двуосное и трехосное армирование	Л-1,2
	Перечислите КМ по типу матрицы(материалу) и их обозначение	Л-1,2
	В чем преимущество дисперсно-упрочненных КМ по сравнению с волокнистыми	Л-1,2
	Приведите схемы армирования КМ и их прочность при растяжении	Л-1,2
	Перечислите виды волокнистых наполнителей	Л-1,2
	Какие функции в КМ выполняет матрица	Л-1,2

№ пп	Содержание вопроса	Источник света
	Перечислите операции по изготовлению ПКМ	Л-1,2,3
	В чем состоит метод получения изделий из ПКМ	Л-1,2,3
	Опешите способ формообразования из ПКМ прессованием	Л-1,2
	В чем сущность вакуумного и автоклавного формирования деталей из ПКМ	Л-1,2
	Сущность процесса формообразования пултрузией
	Опишите споосб формирования изделий из ПКМ пропиткой	Л-1,2,3
	Перечислите элементы судовой техники при ремонте, которые применяют ПКМ
	Приведите схему ремонта коррозионных повреждений конструкции ПКМ
	Что представляет собой МКМ	Л-1,2
	Опшите схему технологии формообразования из МКМ
	В чем сущность твердофазного формообразования изделий из МКМ
	В чем сущность жидкофазного формирования изделий из МКМ
	В чем состоит способ получения деталей из МКМ осаждением
	Перечислите недостатки и преимущества МКМ и ПКМ
	Что представляют собой ККМ
	Что представляют собой УУКМ
	Какие преимущества у УУКМ

№ пп	Содержание вопроса	Источник света
	Дайте определение ККМ с металлическими волокнами
	Что представляет собой ККМ с углеродными волокнами
	Опишите, что понимается под понятием ККМ с карбидом кремния

7.2 Стандартные ответы по курсу "Композиционные материалы" для проверки остаточных знаний.

 

 

1. Дайте определение: композиционный материал, матрица и наполнитель?

Ответ: композиционный материал-это искусственно созданный материал, состоящий из двух или более разнородных и нерастворимых друг в друге компонентов (фаз), разделенных между собой ярко выра­женной границей, и обладающий достоинством компонентов, а не их не­достатками. Вместе с тем КМ присущи свойства, которыми не обладают отдельно взятые компоненты, входящие в их состав.

Матрица в КМ выполняет функцию среды в которой распределен наполнитель. Податливая матрица, заполняющая межволоконное про­странство, обеспечивает совместную работу отдельных волокон за счет собственной жесткости и взаимодействия, существующего на границе раздела матрица-наполнитель.

Наполнитель в КМ воспринимает основные напряжения, возни­кающие в композиции при действии внешних нагрузок, придавая ей прочность и жесткость в направлении ориентации волокон.

 

2. Перечислите геометрические формы наполнителей и их влияние на механические свойства КМ.

Ответ: по форме наполнители разделяют на три основные груп­пы: нуль -мерные, одномерные и двумерные.

Нуль-мерными называют наполнители, имеющие в трех измерени­ях очень малые размеры одного порядка (частица).

Одномерные наполнители имеют малые размеры в двух направле­ниях и значительно превосходящий их размер в третьем измерении (волокна).

Двумерные наполнители имеют два размера, соизмеримые с разме­ром КМ, значительно превосходящие третий (пластина, ткань).

 

3. Что представляет собой полиматричный и полиармированный КМ?

Ответ: в настоящее время созданы (КМ) с комбинированными

матрицами, состоящими из чередующихся слоев (двух или более) различ­ного химического состава.

КМ с комбинированными матрицами называют полиматричными (рис 1.2, а). Для полиматричных материалов характерен более обширный перечень полезных свойств. Например, использование в качестве матрицы наряду с алюминием титана увеличивает прочность материала в направле­нии, перпендикулярном оси волокон. Алюминиевые слои в матрице спо­собствуют уменьшению плотности материала.

Полиамированными КМ называют такие КМ, у которых в одной матри­це расположены волокна наполнителя различного химического состава, (рис. 1.2 б).

 

4. Назовите материалы используемые в КМ в качестве наполнителей?

Ответ: наполнитель в КМ воспринимает основные напряже­ния, возникающие в композиции при действии внешних нагрузок, при­давая ей прочность и жесткость в направлении ориентации волокон.

Арматура в КМ может быть любой природы и иметь любую форму поверхности:

- непрерывные и дискретные волокна;

- чешуйки;

- микросферы

- порошки и т.п. различного химического состава.

В современной технике наиболее широко применяют непрерывные высокомодульные, высокопрочные волокна, которые обеспечивают наиболее высокие механические характеристики получаемого КМ. Чаще всего исполь­зуют:

-стеклянные; -органические; -углеродные; -борные;

-различные металлические волокна.

 

 

5. Что представляет собой одноосное, двухосное и трехосное армирование

КМ?

Ответ: По схеме армирования КМ подразделяют на три группы: с одноосным, двухосным и трёхосным армированием.

6.Перечислите КМ по типу матрицы (материалу); их маркировка:

Ответ: КМ получают общее название по типу материала матри­цы. КМ с полимерной матрицей называют полимерными ПКМ, с металли­ческой- металлическими МКМ, с керамической- керамическими ККМ, с углеродной - углерод - углеродными УУКМ.

 

В качестве матрицы в КМ используют: 1 эпоксидные, 2 кремнийорганические, 3 полиэфирные и другие смо­лы, соответственно, 4 алюминий, 5 магний, 6 титан, 7 никель, 8 жаропроч­ные сплавы и другие металлы, а также, 9 керамику и 10 углерод различной модификации.

 

7. В чем преимущество дисперсно- упрочненных КМ по сравнению с уп­рочненными волокнами?

Ответ: По форме наполнителя КМ разделяют на дисперсно- уп­рочненные и волокнистые.

Дисперсно- упрочненными называют КМ, упрочненные нуль­мерными наполнителями. К волокнистым относят КМ, упрочненные од­номерными или одномерными и двумерными наполнителями. К первым относятся материалы, представляющие собой дисперсные частицы туго­плавких фаз-оксидов, нитридов, боридов, карбидов (AL₂0₃, Si0_2; BN, SiC и др.). Преимущество дисперсно-упрочненных КМ по сравнению с волокни­стыми - изотропность (равнопрочность во всех направлениях изделия).

Уровень прочности КМ во многом зависит от объемного содержания упрочняющей фазы, равномерности её распределения, степени дисперсно­сти и расстояния между частицами. Согласно формуле Орована, сопротив­ление сдвигу увеличивается с уменьшением расстояния между частицами:

где G-модуль сдвига, b-межатомное расстояние, 1-расстояние между дис­персными частицами.

 

8. Приведите схемы армирования КМ и их прочность при растяжении.

Ответ: Свойства волокнистых КМ зависят в основном от схемы ар­мирования.

Схема армирования (1-5) КМ и их влияние на напряжения

при растяжении ПКМ.

 

В виду значительного различия в свойствах волокон и матрицы при одно­родном армировании физическим и химическим свойствам присуща анизот-пропия. При нагружении растяжением временное сопротивление и модуль уп­ругости КМ достигают наибольших значений в направлении расположения во­локон, наименьших- в поперечном направлении.

Анизотропия свойств практически не наблюдается при двухосном армиро­вании с взаимно перпендикулярным расположением упрочняющих волокон (кривая 3).

При нагружении материала растяжением вдоль волокон- нагрузку, в ос­новном, воспринимают высокопрочные волокна, а матрица служит средой для передачи усилий.

Малые значения прочности и жёсткости КМ в направлении, перпендику­лярном расположению волокон, при растяжении объясняется тем, что в этом случае, они определяются свойствами матрицы. Большую роль играет матрица в сопротивлении КМ усталостному разрушению, которое начинается с матри­цы. Гетерогенная структура поверхности раздела между волокном и матрицей затрудняет процесс распространения трещины в направлении, перпендикуляр­ном оси волокон. В связи с этим КМ характеризуются высокими значениями предела выносливости. Так, по пределу выносливости, МКМ на алюминиевой основе превосходят лучшие алюминиевые сплавы в 3-4 раза.

 

9. Перечислите виды волокнистых наполнителей.

Ответ: В качестве волокнистых наполнителей при получении изделий из КМ используют: стеклянные (алюмоборосиликтные, титаносодер-жащие, магнийалюмосиликтные); органические (капрон, лавсан); угле­

родные (гидратцеллюлезные и полиакрилонитрилное); борные; керами­ческие из карбида кремния; металлические (бериллиевые, вольфрамо­вые, титановые и стальные) волокна.

 

10. Какие функции в КМ выполняет матрица?

Ответ: Матрица в КМ выполняет функцию среды, в которой распреде­лен наполнитель. Податливая матрица, заполняющая межволоконное пространство, обеспечивает совместную работу отдельных волокон за счет собственной жесткости и взаимодействия, существующего на гра­нице раздела матрица- волокно.

Матрица, являясь основой, связывает композицию, придает ей фор­му. От свойств матрицы в значительной степени зависят технологиче­ские режимы получения композиционных материалов и такие важные эксплуатационные характеристики как рабочая температура, сопротив­ление усталостному разрушению, воздействию окружающей среды, плотность и удельная прочность.

 

11. Перечислите операции по изготовлению ПКМ.

Ответ: Технология изготовления деталей из ПКМ включает следующие основные операции:

■ подготовка армирующего наполнителя и приготовление свя­зующего;

■ совмещение арматуры и матрицы;

■ формообразование детали;

■ отверждение связующего в КМ;

■ механическая доработка детали;

■ контроль качества детали.

Подготовка исходных компонентов заключается в проверке их свойств на соот­ветствие техническим условиям, а также в обработке поверхности волокон для улучшения их смачиваемости и увеличения прочности сцепления между на­полнителем и матрицей в готовом ПКМ (удаление замасливателя, аппретирова­ние, активирование поверхности, химическая очистка поверхности, удаление влаги и т. п.).

Совмещение армирующих волокон и связующего может осуществляться прямыми или непрямыми способами.

К прямым способам относятся такие, при которых изделие формуется не­посредственно из исходных компонентов КМ, минуя операцию изготовления из них полуфабрикатов.

Непрямыми способами изготовления называются такие, в которых эле­менты конструкции образуются из полуфабрикатов. В этом случае пропитка армирующих волокон связующим представляет самостоятельную операцию, в результате которой получают предварительно пропитанные материалы (пре-преги)- 1. нити, 2. жгуты, 3. ленты и 4. ткани, которые затем подсушиваются и частично отверждаются.

12. В чем заключается метод получения изделий из ГЖМ намоткой.

Ответ: Метод намотки. Намоткой называют процесс формообразования конструкций из КМ, при котором заготовки получают автоматизированной ук­ладкой по заданным траекториям армирующего наполнителя (нитей, лент, тка­ней), обычно пропитанного полимерным связующим, на вращающиеся конст­руктивные формы или технологические оправки.

Оправки или формы имеют конфигурацию и размеры, соответствующие внутренним размерам изготавливаемой детали. Формование детали намоткой завершается отверждением намотанной заготовки. Оправка после этого обычно удаляется, хотя в отдельных случаях она может оставаться и выполнять функ­цию конструктивного элемента.

 

13. Опишите способ формообразования деталей из ПКМ прессованием.
Ответ: Прессование. Прессование является одним из наиболее распро-
страненных методов формообразования деталей из ПКМ. Прессование деталей
осуществляется с помощью пресс- формы, в которой создаются необходимые
давление и температура для формования заготовки и отверждения полимерного
связующего. Пресс- форма нагревается с помощью электронагревателей, раз-
мещенных в плитах матрицы и пуансона или другими способами.

Схема прессования:

1- плиты обогрева; 2-отпрессованная деталь; 3-матрица; 4-выталкиватель; 5-навеска полуфабриката; 6- пуансон. Давление формования создается с помощью гидравлического пресса, на столе которого укрепляется матрица, а на подвижной плите - пуансон пресс-формы.

 

Прессованием изготавливают детали из материалов с хаотическим и ори­ентированным расположением волокон. Исходными материалами при прессо­вании в этом случае могут быть короткие волокна, обрезки лент, гранулы из пучков волокон, предварительно пропитанные связующим и соединенные в ре­зультате его частичного отверждения в таблетки.

При изготовлении деталей, в которых композит должен иметь слоистую структуру с определенной ориентацией волокон, используют заготовки из пре-прегов (лент или тканей). В этом случае предварительно раскроенные заготовки укладываются в определенном порядке в пакет и слегка спрессовываются.

Таблетированная или собранная слоистая заготовка помещается в нагре­тую пресс- форму, после этого пресс- форма смыкается и материал выдержива­ется заданное время при температуре отверждения связующего, а затем гото­вое изделие удаляется с помощью имеющихся в пресс- форме выталкивателей.

 

 

14. В чем сущность вакуумного и автоклавного формования деталей из ПКМ.

 

Ответ: Вакуумное и автоклавное формование. Процессы вакуумного и автоклавного формования заключаются в выкладке заготовок на плоскую или криволинейную форму и последующем формообразовании детали давлением сжатых газов (автоклавный метод) или атмосферным давлением, действующим на замкнутый объем, в котором создается разрежение (вакуумный метод).

Методы предназначены для получения конструкций сложной формы из предварительно пропитанных термореактивными связующими тканых арми­рующих материалов путем послойной укладки заготовок из них на технологи­ческой оправке и последующего отверждения при одновременном воздействии давления формования, которое прикладывается через эластичную диафрагму, изготовленную из пленки или резины.

При этом действующее давление формования достигает 2 МПа в автокла­вах, 40 МПа в гидроклавах и до 0,1 МПа в вакуумных чехлах.

Отверждение заготовок происходит в печи или непосредственно в автокла­ве. Температура и продолжительность процесса отверждения определяются ти­пом связующего и геометрией детали.

Охлаждение детали происходит под давлением совместно со всей оснаст­кой. После охлаждения деталь извлекается из формы и при необходимости проходит дальнейшую обработку.

 

15. Опишите сущность формования изделий из ПКМ пултрузией.

Ответ: Пултрузия. В последние годы широкое применение находят про­фили, прутки, трубы и другие конструктивные элементы, изготовляемые из во­локнистых композитов на полимерной матрице путем непрерывного протяги­вания армирующего материала, пропитанного связующим отверждаемого в профилирующей форме специальной установки. Такой процесс называют пул­трузией (по аналогии с экструзией, при которой материал выходит через филь­еру под действием давления). При пултрузии он протягивается под действием внешнего усилия.

Армирующий материал (жгуты, холсты или тканые ленты) последователь­но проходит через ванну с жидким связующим 2, пропитывается, сжимается и идет далее в матрицу предварительного формования 4, а затем в обогреваемую пресс-форму 5, где фиксируется требуемая конфигурация и отверждается по­лимерное связующее. В матрице предварительного формования плоская по форме лента пропитанного материала постепенно преобразуется по сечению к заданной форме.

 

16. Опишите способ формообразования изделий из ПКМ пропиткой.

Ответ: В практике нашли широкое применение методы формования изде­лий основанные на принципе пропитки сухих заготовок со стеклозаполнителем, заключенным в соответствующие формы, связующим находящимся под давле­нием. После окончания процесса пропитки и полимиризации матричного свя­зующего из формы вынимают готовое изделие. Пропитка может осуществлять­ся под вакуумом и давлением и под давлением. На связующие, находящиеся в емкости давит сжатый воздух одновременно проникший воздух (пузырьки) в форму откачивается через вакуумную систему с масляным затвором.

 

17. Перечислите элементы судовой техники, при ремонте которой исполь-
зуют ПКМ.

Ответ: К характерным группам конструкций и типовых узлов, при ремонте которых возможно эффективное применение полимерных клеевых композиций относятся:

• наружные металлические палубы, покрытие мастикой или дере­вянным настилом;

• палубы санузлов, прачечных и других внутренних помещений с повышенной влажностью, имеющие сквозные коррозионные разрушения;

• наружные стенки, переборки, выгородки рубок и надстроек с разрушениями по периметру их примыкания к палубе;

• кожухи дымовых труб, вентиляционные головки и комингсы вентиляторов с коррозионной поверхностью в местах примыка­ния к палубам надстроек и рубок;

• ватервейсы палуб надстроек и рубок, расположенные под зашив­кой жилых помещений;

• полотнища дверей, крышек люков и горловин, трубопроводы, переборочные стаканы и др.;

• монтажные работы по винторулевому комплексу и др.

 

18. Перечислите материалы входящие в ПКМ при ремонте коррозионных повреждений конструкций.

Ответ: Для ремонта и защиты от коррозии судовых конструкций приме­няются составы на основе полиэфирных клеев "Спрут-5М", "Спрут-5 МДИ", "Спрут-9М", "Спрут-МП", а также эпоксидных смол и клеев марок ЭД-20, ЭД-16, К-153,УП-5-177-1.

Клеи марок ЭД-16, ЭД-20, и К-153 могут использоваться на сухих поверх­ностях при температуре окружающего воздуха не ниже + 15°С и влажности не выше 70%. В отдельных случаях допускается применение клеев при температу­ре+10°С.

Клей УП-5-Т77-1 может применяться при положительной температуре до 0°С, а клей серии "Спрут" при температуре -5°С. При этом уровень влажности ремонтируемых поверхностей и окружающей среды не регламентируется.

Клеи марок "Спрут-5М", "Спрут-5 МДИ" используются на наружных ра­ботах, а "Спрут-9М", обладающий пониженной токсичностью, - как для наруж­ных, так и для внутренних работ.

В качестве армирующих материалов используются стеклянные ткани ма­рок Т-11-ГВС, Т-И-152, СЭ-0-1, НПД-Э-600-ГВС-9 и др.

Для приготовления паст и шпаклёвочных составов применяют минераль­ные наполнители:

1.кварц молотый пылевидный; 2.аэросил; 3.каолин; 4.тальк; 5.мел; 6.портланд-цемент; 7.асбест; 8.песок. Их вводят в клей с целью изменения его технологических свойств (теку­честь, проницаемость, липкость, формуемость и т.д.), а также для улучшения прочностных характеристик и уменьшения расхода дорогостоящих полимер­ных материалов.

19. Что представляют собой МКМ?

Ответ: Металлические композиционные материалы (МКМ) представ­ляют собой такие материалы, в которых матрицей выступают металлы и их сплавы, а арматурой - металлические и неметаллические волокна.

Наиболее широко в качестве матричного материала для КМ используют­ся алюминиевые сплавы, что объясняется удачным сочетанием в них физико -

механических и технологических свойств. Алюминий имеет плотность 2700

3 о

кг/м, температуру плавления 880 С, химически инертен к большинству волок­нистых материалов, применяемых для производства КМ.

Сплавы алюминия способны подвергаться разнообразным видам: 1. пла­стического деформирования, 2. литья, 3. операциям порошковой металлургии, на которых и основываются различные способы изготовления изделий из ком­позитов на металлической матрице.

По технологическому признаку алюминиевые матрицы можно разделить на несколько типов: деформируемые, литейные, порошковые.

К деформируемым литейным сплавам относятся неупрочняемые терми­ческой обработкой а) алюминиево - магниевые АМГ и б) алюминиево - мар­ганцевые АМЦ сплавы марок АМг, АМц и др. Эти сплавы обладают хорошей пластичностью, но сравнительно невысокой прочностью. Большую механиче­скую прочность имеют упрочняемые термической обработкой дуралюмины Д1, Д6, Д16 и др.

Распространенными литейными сплавами являются силумины, обладаю­щие хорошими литейными свойствами.

В качестве армирующих материалов МКМ используют высокомодульные углеродные волокна, проволоку из нержавеющей стали и оловянистой бронзы.

 

20. Опишите схему формообразования изделий из МКМ.

Ответ: Технологическую схему производства полуфабрикатов и деталей из МКМ можно представить следующим образом: 1) очистка поверхности во­локон и матрицы - мойка, чистка, сушка; 2) объединение волокон и матрицы -сборка чередующихся слоев матричных элементов и волокон, либо приготов­ление волокон в литейной форме под заливку матричным металлом; 3) получе­ние компактных МКМ методами пластической деформации, порошковой ме­таллургии или литья либо комбинацией этих методов.

Важнейшим в технологии МКМ является этап совмещения армированных волокон с матричным материалом. Способы совмещения можно разделить на: 1) твердофазные процессы; 2) жидкофазные и 3) процессы осаждения - напы­ления.

 

21. В чем сущность твердофазного формообразования изделий из МКМ.

Ответ: Для твердофазных методов характерно использование матрицы в твердом состоянии преимущественно в виде 1) порошка, 2) фольги или 3) тон­кого листа. Процесс создания МКМ заключается в сборке пакета заготовок, со­стоящего из чередующихся слоев матричного материала и упрочняющих воло­кон и последующего соединения компонентов между собой различными мето­

дами - 1) диффузионной сваркой, 2) сваркой взрывом, 3)пластическим дефор­мированием, 4) спеканием и т.п.

 

22. В чем сущность жидкофазного способа формования изделий из МКМ.

Ответ: Жидкофазный метод предусматривает получение МКМ совмеще­нием армирующих волокон с расплавленной матрицей. К ним относят различ­ные методы пропитки волокон жидкими матричными материалами.

 

23. В чем состоит способ формообразования изделий из МКМ осаждени-
ем.

Ответ: Изготовление МКМ методами осаждения - напыления состоит в нанесении на волокна различными способами (газофазным, химическим, элек­тролитическим, плазменным и т.п.) матричного материала и заполнение им межволоконного пространства.

 

24. Перечислите преимущества и недостатки МКМ и ПКМ.
Ответ: Преимущества:

• повышенная температурная стойкость

• пониженная анизотропность упругих свойств

• повышенная устойчивость против коробления

• повышенная электро- и теплопроводность

• негорючи в обычном состоянии

• повышенное сопротивление эрозии, разъеданию

• устойчивость к ультрофиолетовому излучению

• стабильность размеров во влажной среде.

 

Недостатки:

• повышенная плотность

• химическая активность

• трудность производства композиций

• ограниченная коррозионная стойкость.

 

25. Что представляют собой ККМ.

Ответ: Керамические КМ (ККМ) представляют собой материалы, в кото­рых матрица состоит из керамики, а арматура из металлических или неметал­лических наполнителей.

Керамические материалы характеризуются высокими температурами плав­ления, высокой прочностью при сжатии, сохраняющейся при достаточно высо­ких температурах, и высокой стойкостью к окислению. Эти свойства керамики, и прежде всего силикатной, в течение многих веков использовались при изго­товлении футеровки печей и многих огнеупорных изделий. В настоящее время требования к керамике как конструкционному материалу значительно выросли. Новые виды керамики на основе высокоогнеупорных оксидов тория, алюминия, бериллия, циркония, магния, ванадия находят широкое применение в технике при экстремальных условиях эксплуатации. Достаточно сказать, что темпера­туры плавления оксидов циркония, алюминия, бериллия, тория, магния и гаф­ния составляют соответственно 2920, 2000, 2600, 3200, 2800 и 2900°С. Наряду с тугоплавкостью от керамики требуются высокие прочность при растяжении и ударная вязкость, стойкость к вибрациям и термоудару. Такими свойствами об­ладают, например, некоторые металлы. Сопоставление свойств керамики и ме­таллов привело к попыткам создания КМ, в „которых керамическая матрица со­четается с металлическими включениями в виде порошка. Так появились керметы. Сегодня керметом считают материал, содержащий более 50% тугоплав­кой неметаллической фазы. Были созданы керметы на основе карбида титана и оксида алюминия, слюды и никеля, системы оксид алюминия - вольфрам -хром и многие другие. Однако керметы обладают одним существенным недос­татком - хрупкостью, поэтому их применение во многих случаях ограничено.

Дальнейшими исследованиями было установлено, что улучшения физико -механических характеристик керамики можно получить, армируя её металли­ческими, углеродными и керамическими волокнами. Чтобы достичь одинако­вой с керметом термостойкости, в керамику нужно ввести примерно в 3 раза меньше металлических волокон, чем металла в виде порошка. Для получения армированных ККМ пользуются преимущественно методами порошковой ме­таллургии, а также гидростатическим, изостатическим и горячим прессованием, шликерным, центробежным и вакуумным литьём.

 

26. Что представляет собой УУКМ.

Ответ: Углерод - углеродные композиционные материалы (УУКМ)

представляют собой углеродосодержащую или графитовую матрицу, армиро­ванную углеродным или графитовым волокном. Эти матрицы обладают как свойствами монолитного графита так и свойствами волокнистых КМ.

В качестве арматуры наибольшее применение нашли углеграфитовые во­локна, нити, жгуты и пряжа. Типовым материалом для матрицы служат смолы (фенольные, фурановые, эпоксидные и др.) и каменноугольные как продукт крекинга угля.

В настоящее время для получения УУКМ в основном используются три способа:

• пропитка смолой волокнистого каркаса и её карбонизация;

• осаждение углерода из газовой фазы между волокнами каркаса;

• сочетание пропитки смолой и карбонизации с осаждением углерода из газовой фазы.

 

27. Какие преимущества у УУКМ?

Ответ: Основные преимущества УУКМ состоят в высокой теплостойко­сти, малой плотности, стойкости к тепловому удару и облучению. Эти материа­лы обладают высокими прочностными и жесткостными характеристиками при комнатных и повышенных температурах, низким коэффициентом термического расширения, способностью длительно работать в окислительной, инертной сре­дах и в вакууме.

28. Дайте определение ККМ с металлическими волокнами.

Ответ: ККМ с металлическими волокнами. Керамику чаще армируют волокнами вольфрама, молибдена, стали, ниобия. Основная цель введения в ке­рамику металлических волокон заключается в образовании пластичной сетки, которая способна обеспечить целостность керамики после её растрескивания и уменьшить вероятность преждевременного разрушения. Изготовляют такие ККМ в основном методами горячего прессования, поскольку металлические волокна не взаимодействуют с оксидной керамикой вплоть до температур 2073...2773 К. Удельная вязкость и термостойкость ККМ непрерывно повыша­ются по мере увеличения объёма армирующих волокон в композите. Однако при содержании волокон более 25% растёт пористость материала, что приводит к его разупрочнению.

Широкое применение металлических волокон для армирования керамики ограничивается их низкой стойкостью к окислению при высоких температурах.

 

29. Что представляет собой ККМ с углеродными волокнами?

Ответ: ККМ с углеродными волокнами. Взаимодействие углерода с ок­сидами, карбидами и силицидами происходит при более высоких температурах, чем с металлами, поэтому использование керамики в качестве матриц высоко­температурных КМ с углеродными волокнами перспективно.

В тех случаях, когда предполагаемая температура эксплуатации деталей из ККМ превышает 2273 К, целесообразно использовать керамическую матри­цу на основе карбидов, выше 1273 К - на основе боридов и нитридов, при более низких температурах - оксидную матрицу.

Важным условием эффективного использования прочности углеродистых волокон в ККМ является оптимальное соотношение модулей упругости воло­кон и матрицы. При объёмной доле углеродных волокон 50 - 60 % прочность волокна максимально используется при отношении модулей упругости мате­риала и волокна, приближающемся к 0,1, поэтому для армирования керамики следует применять высокомодульные волокна.

Из углекерамических КМ наиболее широко исследованы композиты со стеклянной матрицей (боросиликатные, алюмосиликатные, литиевосиликатные и др.). Для указанных материалов характерна стабильность исходных физико -механических свойств вплоть до высоких температур. Например, для ККМ бо-росиликатное стекло - углеволокно (объёмная доля волокна 60 %) предел проч­ности при изгибе составляет при 293 К 1025 МПа и не изменяется до темпера­туры 870 К.

 

30. Опишите, что понимается под ККМ с карбидом кремния.

Ответ: ККМ с волокнами карбида кремния. При практически равной прочности эти ККМ имеют преимущества перед аналогичными материалами с углеродными волокнами, так как имеют повышенную стойкость к окислению при высоких температурах и значительно меньшую анизотропию коэффициен­та термического расширения.

В качестве матричного материала используют порошки боросиликатного, алюмоборосиликатного, литиевоборосиликатного стекла или смеси стекол в

различных соотношениях. Волокна карбида кремния применяют в виде моно­волокна или непрерывной пряжи со средним диаметром отдельных волокон 10...12 мкм.

ККМ, армированные моноволокном, получают горячим прессованием в среде аргона слоев из лент волокна и стеклянного порошка. Более удобны с точки зрения изготовления деталей сложных форм материалы, армированные непрерывной пряжей. По своим свойствам эти материалы даже превосходят ККМ, армированные моноволокном.

Материалы типа «керамика - керамика» имеют большую перспективу, по­скольку малое различие модуля упругости матрицы и наполнителя, коэффици­ентов термического расширения, химическое сродство позволяют рассчитывать на получение материалов с уникальными свойствами, которые смогут работать до температур 2273 К. Эти композиты можно использовать для конструкций ядерных силовых установок, высокотемпературных подшипников уплотнений, для направляющих и рабочих лопаток газотурбинных двигателей, для антенных обтекателей возвращаемых космических летательных аппаратов и носовых об­текателей ракет.

ЛИТЕРАТУРА

1. Березовский Ф.М. Композиционные материалы в судостроении и

судоремонте. Учебное пособие. – Новороссийск: РИО НГМА, 2002

– 40 с.

2. Конспект лекций

 

 

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

3. Березовский Ф.М. Неметаллические материалы в судоремонте и методы

их переработки. Учебное пособие. – Новороссийск: РИО НГМА, 2002

– 150 с.

4. Донченко Е.А. Основы материаловедения. Учебное пособие. –Новороссийск: РИО НГМА, 2002 – 150 с.