Предельные рабочие температуры различных материалов матриц КМ
| Материал матрицы | Ориентировочная предельная рабочая температура,  С
|
| Полимеры органические Алюминиевые материалы Титановые материалы Керамические материалы Углеродные материалы | 300 450 800 1400…1700 2500 |
Таблица 24
Характеристики материалов матриц (примеры)
| Основа материала | Марка и примерный состав, % | Плотность G  ,кг/м 
| Предел прочности при растяжении  , МПа
| Удельные энергетические затраты на изготовление W ,кДж/кг
|
| Полимер | Полиэтилен | 1050 | 35 | 220 |
| Алюминий | АД-1(100Al) В95 (2Cu; 2,5Mg; 0,6Mn) | 2700 2800 | 410 600 | 180 300 |
| Титан | ПТЭ-1(100Ti) | 4700 | 1650 | 250 |
| Никель | НП-2(100Ni) ХН70Ю(30Cr; 1Al) | 8900 7800 | 450 750 | 540 600 |
| Углерод | УУМ | 1930 | 350 | Нет данных |
В материале матрицы распределяются наполнители. Концентрация наполнителя в различных композиционных материалах изменяется в широких пределах от 1 до 70% по объему. В качестве наполнителя используются короткие и длинные волокна, порошки, тканые материалы, сетки. Соответственно различают волокнистые, порошковые, слоистые композиционные материалы. Некоторые данные о характеристиках волокнистых наполнителей КМ представлены в табл.25.
Таблица 25
|
|
|
Характеристики волокнистых наполнителей (примеры)
| Материал волокна | Диаметр волокна  ,мкм
| Плотность G  ,кг/м
| Предел прочности при растяжении  ,МПа
| Удельные энергетические затраты на изготовление W ,кДж/кг
|
| Металлический: Сталь 09Х13Н13М2 Молибден | 90 25 | 7800 10200 | 3400 2240 | 1260 нет данных |
Керамический:
Al  O 
SiC на W-проволоке
| 127 100 | 3960 3400 | 2410 3700 | 950 нет данных |
| Борный: В на W-проволоке | 100 | 2590 | 3440 | нет данных |
| Углеродный: ВМН-4 ЛУ-4 | 6 6 | 1700 1700 | 2210 3300 | 1460 нет данных |
Как видно, характерной особенностью волокнистых наполнителей является высокий предел прочности на растяжение ~2200…3400 МПа при малом диаметре волокон ≤(90…127) микрометров. Удельные энерге- тические затраты на изготовление волокон значительно превышают аналогичные затраты для матричных материалов.
При выборе матричного материала и волокнистого наполнителя принимают во внимание следующие ограничения:
по плотности (массе);
по рабочей температуре изделия из КМ;
по прочности;
по удельной прочности, т.е. отношению 
;
|
|
|
по энергетическим затратам на изготовление;
по стоимости КМ.
Особым ограничением является необходимость обеспечения совместимости (межфазного взаимодействия) материалов матрицы и волокна КМ. Некоторые примеры совместимых материалов приведены в табл.26.
Таблица 26
Примеры совместимых материалов матрицы и волокна
| Матрица | Волокно | Матрица | Волокно |
| Алюминиевый материал | Стальное Борное Керамическое Al Углеродное | Титановый материал | Молибденовое Вольфрамовое |
| Никелевый материал | Молибденовое
Керамическое Al O
|
Композиционные материалы интенсивно развиваются и возрастает объем их применения в конструкциях различных летательных аппаратов (самолетов, вертолетов, космических аппаратах и т.д.) и, в меньшей степени, в машиностроении. Ограниченное применение в значительной мере обусловлено высокой стоимостью КМ, т.е. экономическими причинами. Так, по данным начала 1990-х годов, КМ из алюминия с волокнами карбида кремния SiC имел стоимость в 800 раз более высокую по сравнению с алюминием, а у КМ алюминий-волокна бора (бороалюминий) в 1800 раз выше, чем у алюминия. Бороалюминий применен в США при изготовлении силовых деталей космических кораблей „Шаттл”.
|
|
|
Тем не менее, производство композиционных материалов растет и в 2007 году мировой рынок композитов составил 9,0 миллионов тонн (по данным журнала «Композитный мир» («Composite world»), 2007, №3). Глобальный рост производства композитов в мире составляет около 8% в год (данные 2007 г.). Наибольший годовой прирост композитов происходит в области термопластиковых композитов (9%) при значительно меньшем росте объема производства реактопластовых композитов (3%).
Интенсивно развивается производство композиционных материалов в Китае. Объем выпуска композитов в этой стране составляет чуть более 10% от мирового уровня (2006 г.).
7.2. Основные понятия о проектировании композиционных материалов с короткими волокнами.
Рассмотрим последовательность проектирования КМ на следующем учебном примере.
Задание. Дана цилиндрическая деталь длиной L c площадью поперечного сечения S массой m. Вдоль оси детали действует сила N, рабочая температура t, С.
Требуется:
Часть 1. Выполнить расчеты прочности, плотности и удельной проч- ности детали. Допускается плотность материала на 10% ниже расчетной.
|
|
|
Часть 2. Выполнить проектирование КМ с короткими волокнами, провести расчеты и проверить выполнение необходимого условия для спроектированного КМ: 
> 
.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 514; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!