Свойства пластически деформированных металлов

Министерство образования РФ

Уфимский государственный авиационный технический университет

 

Кафедра материаловедения и ТКМ

Курс лекций по предмету

“Материаловедение и ТКМ”

 

II семестр

 

Авторы: студенты группы ЭСиС-207

 

Ахметгареев Р.Р.

Васильев О. Ю.

Рощин М. Е.

Лазарев Д. В.

Уфа 2004 Оглавление

Заполнение зон электронами. Проводники, диэлектрики и полупроводники

К первой группе относятся тела, у которых над целиком заполнен­ными зонами… Ко второй группе относятся тела, у которых над целиком заполнен­ными зонами располагаются пустые зоны (рис. в, г).…

Принципы работы полупроводниковых приборов и их применение

В пластине полупроводника, на границе между двумя слоями с различного рода электропроводностями, образуется электронно-дырочный переход, называе­мый… Одновременно происходит диффузия дырок в n-область. Здесь создается… Электронно-дырочный переход нельзя получить, наложив одну на другую пластины, изготовленные из полупроводников с…

Схематическое изображение структуры излучающего диода, его ус­ловное графическое обозначение (КПД ~ 10-70%). InAs, Sic, GAs.

 

 

Фоторезисторы

Фоторезистором называют полупроводниковый рези­стор, сопротивление которого чувствительно к электро­магнитному излучению в оптическом диапазоне спектра.

 

 

Схематическое изображение структуры фоторези­стора и его условное графическое обозначение

 

 

Поток фотонов, падающих на полупроводник, вызывает появление пар электрон-дырка, увеличивающих проводи­мость (уменьшающих сопротивление). Это явление называют внутренним фотоэффектом (эффектом фотопроводимости).

Фоторезисторы часто характеризуются зависимостью тока от освещенности при заданном напряжении на резисторе. Это так называемая люкс-амперная характери­стика.

Люкс-амперная характери­стика фоторезистора

При освещении p-n-перехода в нем возникает э. д. с. Это явление исполь­зуется в фотоэлементах с запирающим слоем, которые могут служить индикаторами… Из p-полупроводника методом диффузии изготовляют тон­кий слой, обладающий… Принципиальная схема фотоэлемента (КПД ~15%)

Упрощенная структура фотодиода и его ус­ловное графическое обозначение

Генерация пар электрон-дырка приводит к увеличению обратного тока диода при наличии обратного напряжения и к появлению напряжения между анодом и… Фотодиоды удобно ха­рактеризовать семейством вольт-амперных характеристик,… Обратимся к вольт-амперным характеристикам (ВАХ) фотодиода. Пусть вначале световой поток ра­вен нулю, тогда ВАХ…

Механические свойства материалов

Из всех свойств, которыми обладают твердые тела, наиболее харак­терными являются механические свойства — прочность, твердость, пластичность,…   Диаграмма растяжения

Кривые растяжения материалов: а-хрупкого, б-пластичного

  По-разному ведут себя пластичные и хрупкие материалы и при испытании на… Здесь, как и для растяжения, обнаруживается площадка текучести с последующим переходом к зоне упрочнения. В…

Для каждого материала существует установленная ГОСТом сила вдавливания F

Для стали и чугуна F = 3000 кгс

Для сплава меди, никеля, алюминия F = 1000 кгс

Для мягких сплавов F = 250 кгс

Твёрдость материала по Бринелю рассчитывают исходя из площади отпечатка.

  [HB] = 1Па  

Кристаллизация металлов

Переход металла из жидкого или па­рообразного состояния в твердое с образованием кристаллической струк­туры называется первичной кристалли­зацией.… Процесс кристаллизации состоит из двух одновременно идущих процес­сов -…  

Изменение термодинамического по­тенциала в зависимости от температуры для металла в твердом и жидком состояниях

Температура, при которой термодина­мические потенциалы вещества в твер­дом и жидком состояниях равны, назы­вается равновесной температурой… Поскольку жидкий металл с прису­щим ему ближним порядком в располо­жении…    

Кривые охлаждения металла

При боль­шом объеме жидкого металла выделяю­щаяся при кристаллизации теплота повышает температуру практически до равновесной (кривая а); при малом… Разница между равновесной (Ts) и ре­альной (Тn) температурой кристаллиза­ции… Степень перегрева при плавлении ме­таллов, как правило, не превышает не­скольких градусов.

Изменение термодинамического по­тенциала при образовании зародышей в за­висимости от их размера

Если принять, что зародыш имеет форму куба с ребром А, то общее изме­нение термодинамического потенциала     ΔGобщ. = A3ΔGυ + 6A2…  

Изменение скорости образования зародышей (с. з.) и скорости роста кристаллов (с. р.) в зависимости от степени переохлаждения

Для металлов, которые в обычных ус­ловиях кристаллизации не склонны к большим переохлаждениям, как пра­вило, характерны восходящие ветви кривых. Это…   Несамопроизвольная кристаллизация

Схемы установок для выращивания монокристаллов

Метод Чохральского (рис. б) состоит в вытягивании монокристалла из расплава. Для этого используется готовая затравка 2 - небольшой образец,… Диаметр растущего монокристалла зави­сит от скорости выращивания и…  

Термодинамическое обоснование диаграммы состояния сплавов, компоненты которых полностью растворимы в жидком и твердом состояниях

  Полиморфизм Ряду веществ свойственны не одна, а две и более структур, устойчивых при различных температурах и давлениях. Такие…

Влияние нагрева на структуру и свойства металлов

Процессы, происходящие при нагреве, подразделяют на две основные стадии: возврат и рекристаллизацию; обе ста­дии сопровождаются выделением теп­лоты… Возвратом называют все изменения тонкой структуры и свойств, которые не… Рекристаллизацией называют зарож­дение и рост новых зерен с меньшим количеством дефектов строения; в ре­зультате…

Схема полигонизации: а, б — наклепанный металл до и после полигонизации соответственно

 

Полигонизация в металлах техниче­ской чистоты и в сплавах твердых рас­творах -наблюдается только после небольших степеней деформаций и не у всех металлов. Так, этот процесс ред­ко развивается в меди и ее сплавах и хорошо выражен в алюминии, железе, молибдене и их сплавах. Полигонизация холоднодеформированного металла обычно приводит к уменьшению твер­дости и характеристик прочности. Блоч­ная структура, возникшая благодаря полигонизации, весьма устойчива и сохра­няется почти до температуры плавле­ния. После формирования блочной структуры рекристаллизация не насту­пает, полигонизация и рекристаллиза­ция оказываются конкурентами.

 

Пластически деформированные ме­таллы могут рекристаллизоваться лишь после деформации, степень которой пре­вышает определенное критическое зна­чение, которое называется критической степенью деформации. Если степень де­формации меньше критической, то заро­ждения новых зерен при нагреве не про­исходит.

Существует также температура рекри­сталлизации; это наименьшая темпера­тура нагрева, обеспечивающая возмож­ность зарождения новых зерен. Темпе­ратура рекристаллизации составляет не­которую долю от температуры плавле­ния металла: T_рекр. =0,4T_пл. Для алюминия, меди и же­леза технической чистоты темпера­турный порог рекристаллизации равен соответственно 100. 270 и 450 °С.

Схема изменения микроструктуры наклепанного металла при нагреве: а - наклепанный металл; б - начало первичной рекристаллизации; в - завершение первичной рекристаллизации; г, д - стадии собирательной рекристаллизации

 

Зарождение новых зерен при рекри­сталлизации происходит в участках с наибольшей плотностью дислокаций, обычно на границах деформированных зерен. Чем выше степень пластической деформации, тем больше возникает цен­тров рекристаллизации. Они представляют собой субмикроскопические области с минимальным количеством точечных и линейных дефектов строе­ния. Эти области возникают путем перераспределения и частичного уничто­жения дислокаций; при этом между цен­тром рекристаллизации и деформиро­ванной основой появляется высокоугло­вая граница.

С течением времени образовавшиеся центры новых зерен увеличиваются в размерах вследствие перехода атомов от деформированного окружения к бо­лее совершенной решетке; при этом большеугловые границы новых зерен перемещаются в глубь наклепанного металла.

Схемы изменения твердости (а) и пластичности (6) наклепанного металла при нагреве: I - возврат; II - первичная рекристаллизация; III - рост зерна

  Рассмотренная стадия рекристаллиза­ции называется первичной рекристалли­зацией… По завершении первичной рекристал­лизации происходит рост образовав­шихся зерен при увеличении выдержки или…

Термическая обработка металлов и сплавов

Термической обработкой называют технологические процессы, состоящие из нагрева и охлаждения металлических изделий с целью изменения их струк­туры и… Отжиг - термическая обработка, в ре­зультате которой металлы или сплавы… Закалка - термическая обработка, в ре­зультате которой в сплавах образуется неравновесная структура. Неравно­весные…

Термохимическая обработка

Химико-термической обработкой называ­ется процесс поверхностного насыщения стали различ­ными элементами путем их диффузии из внешней среды при… Процессы химико-термической обработки состоят из трех стадий: - диссоциации, которая заключается в распаде моле­кул и образовании активных атомов диффундирующего элемента;

Цементация в твердой среде

Подготовленные для цементации изделия укладыва­ют в металлический ящик. Предварительно в ящик насы­пают слой карбюризатора 20—30 см. Детали… В ящике между кусочками угля имеется воздух, кис­лород которого…  

Газовая цементация

Цементацию выполняют в шахтных, муфельных или безмуфельных печах непрерывного действия. При цементации в шахтных печах для получения… Под углеродным потенциалом атмосферы понимают определенную концентрацию… С этой целью в первую зону, занимающую примерно 2/3 длины печи, подают газ, состоящий из смеси природ­ного (10—15%) и…

Дробеструйный наклёп

 

Упрочнение поверхности,

 

снятие поверхностных напряжений.

 

 

Центробежный шариковый наклёп

  Накатывание стальных шариков

Износостойкость в больше,чем при шлифовке. Для коленчатых валов предел выносливости повышается на .

 

Лекция 7

Способы литья

Недостатки этого метода заключаются в том, что поверхность детали получается шероховатой, охлаждение детали происходит очень медленно, то есть… Литье в оболочковые формы Преимущества этого метода заключаются в высокой точности отлива, также получается низкая шероховатость поверхности и…

Повышенные механические свойства и плотность

Вследствие большой скорости охлаждения жидкого металла в кокиле образуется мелкокристал­лическая структура отливок, что способствует повышению их плотности и механических свойств.

Повышенная точность размеров и чистота поверхности отливок

Бла­годаря более точным и стабильным размерам металлических форм и более чистой их поверхности повышается точность размеров и чистота поверх­ности отливок. Точность отливок из алюминиевых и магниевых сплавов при литье в кокиль на два класса выше, чем при литье в песчаные формы.

Меньшие припуски на механическую обработку

Вследствие большей точности и чистоты поверхности отливок при литье в кокиль припуски на механическую обработку отливок на 40—50% меньше, чем при литье в песчаные формы.

Экономия формовочных и вспомогательных материалов

При литье в кокиль алюминиевых и магниевых сплавов применяют незначительную часть песчаных стержней, на которые расходуется меньше формовочных и вспомогательных материалов, чем при литье в песчаные формы.

По мере роста удельного веса литья в кокиль в общем производстве отливок расход формовочных и вспомогательных материалов резко сни­жается. Соответственно уменьшаются грузопоток и затраты на приготовление и транспортировку этих материалов.

Снижение брака

Более стабильные условия технологического про­цесса литья в кокиль по сравнению с литьем в песчаные формы дают возможность снизить брак.

Снижение расхода металла

Получение более точных отливок с мень­шими припусками на механическую обработку, уменьшение веса литни­ковой системы, а также увеличение с 20 до 30% использования отходов в шихте при литье в кокиль цветных сплавов позволяет уменьшить чер­новой вес отливок и снизить расход свежих чушковых материалов. Экономия свежих металлов при литье в кокиль достигает на отдельных отливках от 37 до 75%.

Снижение трудоемкости

При литье в кокиль сокращается производ­ственный цикл изготовления отливок, так как исключаются операции приготовления формовочных смесей и формовки, уменьшается объем изготовления и сушки песчаных стержней, плавки металла и отделки отливок. В результате значительно снижается трудоемкость производства отливок.

Снижение себестоимости

Кроме того, при литье в кокиль облегчается очистка и обрубка литья, значительно уменьшается число применяемого оборудования (фор­мовочных и… Литье под давлением Литье под давлением является одним из самых прогрессивных методов получения отливок из цветных сплавов.

Высокая точность размеров отливки

В основном точность размеров отливок соответствует 5-му классу точности по ГОСТу 2689-54. Точность размеров отливки зависит от точности изготовления пресс-формы, состава сплава и его температуры, температуры формы и продолжительности выдержки металла под давлением.

Высокий класс чистоты поверхно­сти отливок

Шероховатость поверх­ности отливок соответствует 6-му классу чистоты по ГОСТу 2789-59. Чистота поверхности отливок зависит в первую очередь от чистоты обра­ботки пресс-формы (ухудшается по мере износа формы) и от применяе­мых сплавов. Шероховатость поверх­ности алюминиевых и магниевых от­ливок соответствует 5-8-му классу чистоты.

Минимальный объем механиче­ской обработки отливок

В сочетании с высокой точностью размеров и вы­сокой чистотой поверхности детали, отлитые под давлением, в большин­стве случаев не требуют последующей механической обработки.

Минимальный расход металла

Этим методом можно изготовлять тонкостенные отливки, получение которых другими методами литья невоз­можно. Изготовление отливок без припусков на механическую обработку при­водит к минимальному расходу дорогостоящих цветных металлов.

Высокая прочность

  По сравнению с другими способами литье под давлением позволяет полностью… Однако преимущества литья под давлением проявляются главным образом в крупносерийном и массовом производстве, когда…

Конструкционные материалы

Конструкционными называют мате­риалы, предназначенные для изготовления деталей машин, приборов, инже­нерных конструкций, подвергающиеся механическим… Эксплуатационные требования имеют первостепенное значение. Для того, чтобы… Конструкционной прочностью назы­вается комплекс механических свойств, обеспечивающих надежную и длитель­ную работу…

Компоненты и фазы в сплавах железа с углеродом

Модификация Feγ существует в интер­вале температур от 911 до 1392°С и имеет ГЦК решетку, период которой при 911°С равен 0,364 им. ГЦК решет­ка… Углерод существует в двух модифика­циях: графита и алмаза. При нор­мальных… Фазы в сплавах железа с углеродом представляют собой жидкий раствор, феррит, аустенит, цементит и свободный углерод в…

Влияние легирующих элементов на ме­ханические свойства сталей

Улучшение механических свойств обусловлено влиянием легирующих эле­ментов на свойства феррита, дисперс­ность карбидной фазы, устойчивость мартенсита… В конструкционных сталях феррит — основная структурная составляющая (не менее… К важнейшим факторам, способ­ствующим повышению конструкцион­ной прочности, относятся снижение при легировании…

Цветные сплавы

Свойства меди. Медь металл красновато-розового цвета; кристаллическая ГЦК решетка, поли­морфных превращений нет. Медь менее тугоплавка, чем железо,… Примеси снижают все эти свойства. По ГОСТ 859-78 в зависимости от содержания… 1. Растворимые в меди элементы Al, Fe, Ni, Zn, Ag повышают прочность и твер­дость меди и используются для ле­гирования…

Свойства промышленных латуней, обрабатываемых давлением

Сплавы на основе алюминия Свойства алюминия. Алюминий - металл серебристо-белого цвета. Он не имеет… Алюминий обладает малой плотностью, хорошими теплопроводностью и электропроводимостью, высокой пла­стичностью и…

Механические свойства алюминия

Из других свойств алюминия следует от­метить его высокую отражательную способность, в связи с чем он используется для прожекторов, рефлекторов,… Общая характеристика и классифика­ция алюминиевых сплавов. Алюми­ниевые сплавы… Основными легирующими элемента­ми алюминиевых сплавов являются Cu, Mg, Si, Mn, Zn; реже-Li, Ni, Ti. Многие легирующие…

Механические свойства иодидного и технического титана

Отличительными особенностями титана являются хорошие механические свойства, малая плотность, высокая удельная проч­ность и коррозионная стойкость.… Высокая пластичность иодидного титана по сравнению с другими металлами,… Механические свойства титана сильно за­висят от наличия примесей, особенно водорода, кислорода, азота и угле­рода,…

Органические полимеры

Органическими называют обширный класс веществ, содер­жащих в своей основе углерод. Кроме углерода в этих вещест­вах содержится обычно водород,… Большинство органических веществ не содержит свободных электронов и ионов,… Ввиду поляризационного характера связи, обусловливающего большие расстояния между молекулами, и малого атомного веса…

Основные виды полимерных молекул и структур полимерных материалов. Молекулы - линейные (а), разветвленные (б), сетчатые (в); структуры - аморф­ные (г), кристаллитные (3), кристаллитно-ориентированные (е).

Старение полимеров

Недостатком многих полимерных материалов, проявляю­щимся при эксплуатации, является изменение их размеров и свойств, называемое старением. Старение связано с физико-химическими превращениями, происходящими во многих поли­мерах в процессе работы, особенно при нагреве, механическом истирании, радиационном облучении и т. п.

Процессы превращения в зависимости от природы материала и действующих факторов могут быть весьма различными. Чаще всего это деструкция — реакция, протекающая с разрывом хими­ческой связи в главной цепи макромолекулы и образованием продуктов более низкого молекулярного веса. В зависимости от основной причины, вызвавшей ее, различают: термодеструкцию, механодеструкцию, фотохимическую и химическую, в частности окислительную, деструкции. Особенно склонны к процессам окислительной деструкции полиолефины.

 

Дополнительные компоненты полимерных композиций

Полимерные материалы: пластические массы, пленки и во­локна, лаки, компаунды, клеи, герметики, резины и т. д. редко состоят из одного полимера. Для улучшения их функциональных качеств они представляют собою обычно композиции из различ­ных полимерных и неполимерных материалов, модифицирующих их свойства.

Чаще всего такими дополнительными компонентами, содер­жащимися во многих полимерных материалах, являются: стаби­лизаторы, наполнители, пластификаторы, мягчители и смазки, красители, растворители, другие модификаторы (отверждающие агенты, присадки, сообщающие негорючесть, повышенную нагревостойкость и т. п.).

Стабилизаторами называются вещества, добавляемые в большинство полимерных материалов (в количестве порядка десятых долей процента) для предотвращения реакций ста­рения.

Наполнители — это частицы различных материалов, добав­ляемые во многие полимерные композиции для сообщения им специальных свойств (повышения прочности, сообщения магнит­ных свойств, электропроводности, снижения звуко- и теплопро­водности и т. д.) или для их удешевления. Наполнители могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Чаще всего их применяют в виде газообразных или твердых включений в полимерную основу.

Порошковые наполнители - древесная мука, окислы (ZnO, Ti0₂, SiO₂), мел, каолин и другие. Они мало препятствуют растеканию пресспорошка в пресс-формах и позволяют получить дешевые изделия сложной конфигурации.

Волокнистые наполнители - хлопчатобумажное, стеклянное, борное волокно, обрезки бумаги и ткани позволяют получать материалы в два и более раза прочнее, чем при порошковых наполнителях.

Особенно высока прочность пластмасс (композиционных ма­териалов) при применении в качестве наполнителей слоистых материалов ткани, шпона или стеклянных, длинных тонких во­локон; волокон бора, графитовых нитей и т. п., уложенных оп­тимальным образом по отношению к действующим нагрузкам. Такие композиционные материалы обладают максимальной удельной прочностью, что значительно выше, чем у многих металлических материалов. Из них готовят напря­женные элементы самолетов и двигателей (корпусы, роторы и лопатки компрессоров, обшивку самолетов и т. д.).

Наполнение резин сажей или металлическими частицами придает им проводящие, а магнитными (например, феррита­ми) — магнитные свойства.

Наполнение газами достигается вспениванием в процессе получения полимеров, введением твердых частиц — порофоров, выделяющих газы при нагреве в размягченный полимер. Иногда вспенивания достигают введением в полимер легкокипящих жидкостей.

Пластификаторы - вещества, добавляемые в полимерные материалы для повышения эластичности и морозостойкости (снижения хрупкости), а также для снижения температуры переработки материалов в изделия. В некоторых случаях, на­пример для эфиров целлюлозы, такая переработка горячим прессованием вообще была бы невозможна, ибо температура разложения непластифицированных продуктов лежит ниже их температуры размягчения.

Смазки, часто вводимые в состав различных полимерных композиций, способствуют отлипу деталей металлического обо­рудования, применяемого при переработке полимерной компо­зиции в изделия. В качестве смазок используют стеарин, стеараты, парафин и другие легкоплавкие вещества.

Красители вводят в полимерные материалы для придания им красивого декоративного вида или в маркировочных целях. Растворимые в полимере красители нередко называются кра­ской, нерастворимые - пигментами.

Другие присадки. В полимерных материалах могут содер­жаться и другие, кроме перечисленных, присадки, придающие материалам специальные качества.

Так, для уменьшения горючести композиций на основе горю­чих полимеров в них вводят 10—20% антипиренов — фосфорно­кислый аммоний, трехокись сурьмы, хлорированный парафин или перхлорвинил и т. п.

Для придания полимерным материалам антисептических свойств и стойкости против действия грибковой плесени и разру­шающего действия насекомых к ним добавляют антисептики, фунгициды и инсектоциды. В качестве таких веществ нередко служат соли ртути и меди, а также другие ядовитые вещества. Эти присадки особенно часто добавляют в краски, изоляцию проводов и другие полимерные материалы, предназначенные для работы в тропическом климате.

Неполярные и слабополярные термопласты

Неполярными или слабополярными являются полимеры с симметричной структурой молекул или со слабополярными связями, например С—Н.

Полиэтилен (продукт полимеризации этилена) стал одним из самых распространенных пластиков. Это объясняется тем, что в нем высокие электроизоляционные характеристики сочетаются с достаточной механической прочностью, стойкостью к нагреву и низким температурам, действию влаги, кислот и щелочей, хо­рошей перерабатываемостью и сравнительно низкой стоимостью ввиду доступности сырья.

Основными недостатками полиэтилена является склонность к старению (окислению), особенно при нагреве, и горючесть. Первый недостаток устраняется присадками антистарителей (ароматические амины, сажа и др.). Для уменьшения горюче­сти вводят в состав массы трехокись сурьмы или совмещают полимер с хлорированными углеводородами.

Полипропилен. Его недостатком является более высокая чувствитель­ность к действию кислорода в атмосферных условиях. Он быст­рее стареет. Во избежание старения его стабилизируют амина­ми и газовой сажей.

Полистирол. Являясь продуктом полимеризации стирола, представляет собой бесцветную прозрачную смолу с малым удельным весом и высокими электроизоляционными свойствами. При нормальной температуре полистирол прочнее полиэтилена σ_в=50-60 МН/м², но отличается малой нагревостойкостью (~75-80°С) и склонен к растрескиванию. Это основные недо­статки полистирола.

Полистирол стоек к дей­ствию кислот (кроме азотной), щелочей и озона. Он мало изменяет свои характеристики под действием влаги, но на открытом воздухе (особенно под влиянием света) постепенно желтеет и легко растрескивается. Полистирол обладает высокой про­зрачностью (до 95%) и высоким коэффициентом преломления (n=1,60), что позволяет использовать его в качестве оптиче­ских стекол. Он, в частности, применяется для остекления строевых огней.

Полистирол широко применяют для изготовления высокоча­стотных пластмасс, пленок, лаков и т. д. Разнообразно приме­нение сополимеров, содержащих полистирол.

Политетрафторэтилен (фторопластом-4) представляет собой молочно-белый, жирный на ощупь продукт. Многие отличительные свойства фторопластов связаны с высокой энергией связи С—F, равной 450 кДж/моль.

Ввиду высокой энергии этой связи фторопласт имеет нераз­ветвленные линейные молекулы. Необлученный фторопласт является одним из самых стойких веществ. На него практически не действуют ни кислоты, ни ще­лочи, ни органические вещества. Он не горюч, не смачивается водой и отличается исключительно высокой влагостойкостью. Он разрушается только под действием жидких щелочных метал­лов и растворяется при высокой температуре (~270°С) в перфторированных керосинах. Электроизоляционные качества фторопласта-4 очень высоки и мало изменяются при изменении тем­пературы и рабочей частоты.

Недостатками фторопласта-4 являются холодная текучесть, увеличивающаяся при механических нагрузках, и низкая короностойкость. При высокой температуре, начиная с 250°С, про­исходит термическая деструкция фторопласта-4, которая проте­кает особенно интенсивно начиная с 400° С. Некоторые продукты деструкции весьма токсичны.

Полярные термопласты

Полярными являются полимеры с несимметричной структу­рой молекул, которым присущи собственные дипольные момен­ты. Одной из основных особенностей полярных диэлек­триков по сравнению с неполярными являются значительно бо­лее высокие. Поэтому, как пра­вило, они не пригодны для изоляции в цепях высоких и сверх­высоких частот. Их часто называют низкочастотными диэлек­триками.

Вследствие полярности они легче притягивают влагу и полярные примеси. Большинство из них смачиваются водой. Удель­ное электросопротивление у этих материалов обычно ниже, чем у неполярных. Многие из них обладают высокой химической стойкостью, высокой механической прочностью и эла­стичностью. После дополнительной пластификации их нередко применяют в виде гибких резинообразных продуктов.

Полихлорвинил (поливинилхлорид, винипласт) получается полимеризацией хлористого винила. Благодаря асимметричному распределению электроотрицательных атомов хлора он заметно полярен. При нормальной температуре полихлорвинил — твердая хрупкая слегка желтоватая смола, отличающаяся высокой хи­мической устойчивостью. Он стоек против действия воды, кис­лот и щелочей, озона, спирта, бензина и керосина, но растворим в дихлорэтане, хлорбензоле, частично в ацетоне, бензоле и др. Его нагревостойкость (60—70°) и морозостойкость (-25°) не­высоки. Он горит с большим трудом и при устранении внешнего источника пламени гаснет. Его электроизоляционные свойства вполне удовлетворительны, но под воздействием электрических искр полихлорвинил легко разлагается, образует проводящие мостики и выделяет хлористый водород. Полихлор­винил легко окрашивается в разные цвета.

Политрифтормонхлорэтилен (фторопласт-3) отличается от фторопласта-4 тем, что один атом фтора заменен на значительно больший по размеру атом хлора, вследствие чего появляется асимметрия в структуре

 

т. е. возрастает полярность, уменьшается степень кристаллич­ности, увеличивается диэлектрическая проницаемость и значи­тельно возрастают потери, но удельное электросопротивление, электрическая прочность, дугостойкость и влагостойкость у фторопласта-3 остаются высокими. Температура плавления понижается примерно до 210° (ниже температуры разложения), чем значительно облегчается переработка мате­риала в изделия. Механическая прочность фторопласта-3 значительно выше, чем фторопласта-4. Применяет­ся фторопласт-3 как химически стойкая, и нагревостойкая изо­ляция.

Полиэфирные смолы представляют собой продук­ты конденсации многоосновных кислот и спиртов. Двухосновные кислоты при полимеризации с двухатомными спиртами дают линейные термопластичные полимеры. Напри­мер, при конденсации терефталевой кислоты с этиленгликолем образуется получивший в последнее время широкое применение продукт — полиэтилентерефталат, или лавсан.

Полимер содержит 65—75% кристаллической фазы, имеет температуру плавления около 240—260°С. Полиэтилентерефталат отличает­ся хорошими диэлектрическими свойствами. Он весьма влагостоек и отличается высоким поверхностным электросопротивлением во влажной атмосфере.

Важной особенностью полиэтилентерефталата является его высокая механическая прочность в ориентированных полимерах, достигающая 350-450 МН/м². Полиэтилентерефталат применяется чаще всего в виде волокнистой и пленочной изоляции для электрических машин и конденсаторов. Из полиэтилентерефталатовой пленки готовят также аэростаты.

Термореактивные полимеры

Ранее указывалось, что термореактивными являются поли­меры с пространственной системой ковалентных связей. Они, как правило, более нагревостойки, тверды и хрупки, чем термопла­стичные полимеры. Модуль упругости у них выше, а коэффици­ент линейного расширения ниже, чем у термопластичных поли­меров. В обычных растворителях, в которых растворяются термо­пластичные полимеры, они не растворимы. Термореактивные полимеры широко применяют в качестве основы пластмасс (особенно композиционных), компаундов, ла­кокрасочных материалов и электроизоляционных лаков, а так­же клеев.

Фенольноформальдегидные смолы. Бакелито­выми называются конденсационные термореактивные феноло- и крезолоформальдегидные смолы. Их изготовляют из сравнительно дешевого сырья фенола (или крезола) и формальдегида и они являются дешевой основой большого количества пласт­масс, лаков и клеев. Так как бакелит хрупок, то выпускаемые на его основе пла­стмассы наполненные (композиционные).

Резол — наименее конденсированный продукт с линейными молекулами. Он плавится при нагревании, хорошо растворим в спирте, ацетоне, щелочах и феноле.

Резитол — продукт дальнейшей конденсации, в который переходит резол при нагреве до 90—100° С. В спирте и ацетоне он не растворяется, а лишь набухает. При обычной температуре резитол хрупок.

Резит — конечный продукт конденсации, в который перехо­дит резол при нагреве до 150—160°С, не плавок, при 300° С он начинает обугливаться, не растворим в спирте и ацетоне и стоек по отношению к воде, бензину и маслам, серной и соляной кис­лотам, однако под действием азотной кислоты и щелочей раз­рушается. Благодаря наличию в структуре молекул групп ОН бакелит полярен и отличается в растворах высокими клеящими свойст­вами.

Из фенопластов, наполненных слюдяной и древесной мукой и называемых часто карболитами, изготовляют множество мел­ких деталей.Из более прочных пресспорошков - волокнитов с длинново­локнистыми наполнителями в виде хлопковых очесов, обрезков ткани, асбестового и стекловолокна делают более крупные детали — корпусы приборов, педали и рукоятки управления, коллек­торы электрических машин, ролики тросового управления, осно­вания печатных схем и т. д. Изделия из фенопластов длительно нагревостойки до 120° С.

Существенные недостатки бакелитовых смол — их сравни­тельно низкое поверхностное сопротивление, особенно во влаж­ной атмосфере, а также низкая стойкость против поверхностных разрядов.

Аминопласты — пресспорошки на основе карбамидофор-мальдегидных смол, наполненные чаще всего целлюлозным во­локном, отличаются от фенопластов повышенной дугостойкостью. Бесцветные карбамидные смолы окрашивают в разнооб­разные, порой весьма яркие цвета. Недостатками аминопластов являются более высокая влагопоглощаемость, более низкая нагревостойкость, худшие технологические свойства, чем у фенопластов. Они также дороже фенопластов.

Полиэфиропласты. Важными представителями группы поли­эфирных материалов с удачным сочетанием комплекса электро­изоляционных, механических, химических и технологических свойств являются эпоксидные смолы.

Эпоксидные смолы получают в виде жидких, вязких или твер­дых продуктов в результате реакции конденсации соединений, содержащих концевые эпоксигруппы, послужившие основанием наименования этих смол. Эпоксидные смолы термопластичны и име­ют ограниченное применение. Их используют присадкой к ним веществ, вызывающих необратимое отвердение, т. е. переход в термореактивное состояние за счет создания поперечных свя­зок между молекулами.

Способность отвердевать при комнатных или невысоких тем­пературах нагрева без выделения побочных продуктов и с ма­лой усадкой 0,5-1% — ценное технологическое преимущество эпоксидных смол, вследствие которого они становятся незамени­мыми как заливочные массы и компаунды.

Эпоксидные смолы отличаются хорошими электроизоляцион­ными свойствами, но дугостойкость их невысока. Основное применение эпоксидных смол — изготовление ком­паундов, лаков, клеев, пластмасс.

Слоистые пластмассы

Они состоят из пропитанных смолой и скле­енных между собой листов наполнителя (древесного шпона, бу­маги, ткани, стеклоткани и т. п.) и отличаются наибольшей прочностью. Однако из них наиболее трудно прессовать детали сложной конфигурации. Они отличаются максимальной анизо­тропией свойств. В электро- и радиотехнике, а также в приборо­строении из материалов этой группы чаще всего применяют гетинакс (бумолит), текстолит и стеклопласты.

Гетинакс состоит из слоев бумаги, пропитанных смолой и спрессованных под давлением при нагреве в листы и плиты толщиной 0,2—40 мм или трубы. Гетинакс применяют в основном для различных панелей, изо­ляционных шайб и прокладок, колодок зажимов, каркасов кату­шек, проходных изоляторов, изоляции обмоток и т. д.

Текстолит состоит из слоев хлопчатобумаж­ной ткани, пропитанных бакелитовой смолой и спрессованных под давлением при нагреве до 150—160° С. По сравнению с гетинаксом текстолит отличается повышенной твер­достью и прочностью при ударных нагрузках и более высоким сопротивлением скалыванию вдоль слоев. Он характеризуется лучшей способностью обрабатываться механически без растре­скивания и сколов. Текстолит дороже гетинакса. Тем не менее, благодаря высокой вибростойкости и хорошим технологическим качествам текстолит применяют не только как конструкционный, но и как электроизоляционный материал.

Текстолит применяют для изготовления щитков и панелей, изолирующих и тросовых роликов, бесшумных скоростных ше­стерен, вкладышей подшипников, амортизационных прокладок для поглощения вибраций.

Стеклопласт - пластик с наполнителем из стекловолокна. Применение стеклянных волокон вместо органических позволяет резко улучшить механические и электриче­ские свойства, повысить нагревостойкость, снизить влагопоглощение. Если применяют наполнитель из стеклянной ткани, то пла­стик называется стеклотекстолитом.

В современных стеклопластах, применяя прочное бесщелоч­ное стекловолокно и новые полимеры, удается реализовать очень высокую удельную прочность, значительно большую, чем у известных металлических материалов.

Поэтому в последние годы развивается тенденция по изго­товлению основных силовых конструкций летательных аппара­тов и авиационных двигателей из прочных стеклопластов. Из них готовят также обтекатели антенн и т. п. В конструкционных целях применяют аналогичные стеклопластам по структуре дру­гие композиционные материалы: хаифилл — полимер, напол­ненный графитовым волокном, полимеры, наполненные борным, сапфировым волокном и т. п.

Пенопласт (вспененные полимеры) — важная разновидность современных пластмасс. Пенистой структуры достигают введе­нием в смолу газообразователей (порофоров)— веществ, кото­рые в процессе производства пластмассовых изделий разлагаются с выделением газов.

Пенопласты отличаются малым удельным ве­сом, хорошими звуко-, тепло- и электроизоля­ционными свойствами: исключительно малой диэлектрической проницаемостью и малыми диэлектрическими поте­рями. Поэтому пенопласты являются хорошими радиопрозрачными материалами. Они применяются в обтекате­лях антенн как наполнители для повышения жесткости авиаци­онных конструкций, как тепло-, звукоизоляционные перегородки. Эпоксидные пенопласты начинают широко применять в виде электроизоляционной влагостойкой пенистой заливочной мас­сы — пенокомпаунда. Кремнийорганические пенопласты отличаются максимальной нагревостойкостью (длительно до 200—250°, крат­ковременно — 300—350°).

Для тепло- и злектроизоляции при более высоких температу­рах (длительно 500—600°) применяют иногда неорганические пенопласты — вспененная слюда вермикулит, пеностекло и пенокерамика.

Металлопласты

Полимерные материалы (пластмассы), на­полненные металлическим заполнителем в виде порошков, во­локон, ткани, называются металлопластами.

Металл сообщает таким композициям ряд специальных свойств — магнитных (при наполнении железом, пермаллоем и т. д.), повышенную электро- и теплопроводность, поглощение и отражение радиоволн, повышенную демпфирующую способ­ность и т. д.

Полимеры, наполненные магнитными порошками, называют­ся магнитодиэлектриками.

 

 

 

Лекция 11

Неорганические материалы

К неорганическим полимерным материалам относятся минераль­ное стекло, ситаллы, керамика и др. Этим материалам присущи негорючесть, высокая стойкость… Основой неорганических материалов являются главным обра­зом оксиды и… В группу неорганических полимеров входит также графит. Неметаллические материалы подразделяют на графит,…

Кристаллическая решет­ка графита

В узлах каждой ячейки располагаются атомы углерода. Межатомное расстояние равно 0,143 нм. Между атомами действуют силы прочной ковалентной связи.… Графит не плавится при атмосферном давлении, а при 3700°С сублимирует, минуя… Графит встречается в природе, а также получается искусствен­ным путем. Качества природного графита невысоки, он…

Схема кристаллизации стекла при образовании ситаллов с помощью катализаторов

 

Фотоситаллы получают из стекол литиевой системы с нуклеа-торами — коллоидными красителями. Фотохимический процесс протекает при облучении стекла ультрафиолетовыми или рентгенов­скими лучами, при этом внешний вид стекла не изменяется. Про­цесс кристаллизации происходит при повторном нагревании изде­лия.

Термоситаллы получаются из стекол систем MgO—А1₂О₃—CaO—A1₂O₃—SiO₂. Кристаллическая структура ситалла создается толь­ко в результате повторной термообработки предварительно отфор­мованных изделий.

Структура ситаллов многофазная, состоит из зерен одной или нескольких кристаллических фаз, скрепленных между собой стекловидной прослойкой. Содержание кристаллической фазы колеблется от 30 до 95 % . Размер кристаллов обычно не превышает 1—2 мкм. По внешнему виду ситаллы могут быть непрозрачными и прозрачными.

Шлакоситаллы получают на основе доменных шлаков и катали­заторов (сульфаты, порошки железа и др.); вводятся соединения фтора для усиления ситаллизации.

В отличие от обычного стекла, свойства которого определяются в основном его химическим составом, для ситаллов решающее значение имеют структура и фазовый состав. Причина ценных свойств ситаллов заключается в их исключительной мелкозернис­тости, почти идеальной поликристаллической структуре. Свой­ства ситаллов изотропны. В них совершенно отсутствует всякая пористость. Усадка материала при его переработке незначительна. Большая абразивная стойкость делает их малочувствительными к поверхностным дефектам.

Плотность ситаллов лежит в пределах 2400—2950 кг/м⁸. Прочность ситалла зависит от температуры: до тем­пературы 700—780°С прочность материала уменьшается незначи­тельно, при более высоких температурах быстро падает. Жаро­прочность ситаллов под нагрузкой составляет 800—1200 °С. Твердость их приближается к твердости закаленной стали (микро­твердость 7000—10500 МПа). Они весьма износостойки. По теплопроводности ситаллы в резуль­тате повышенной плотности превосходят стекла. Стеклокристаллические материалы обладают высокой химической устойчивостью к кислотам и щелочам, не окисляются даже при высоких температурах. Они газонепроницаемы и обладают нуле­вым водопоглощением. Хорошие диэлектрики.

Применение ситаллов определяется их свойствами. Из ситаллов изготовляют подшипники, детали для двигателей внутреннего сгорания, трубы для химической промышленности, оболочки вакуумных электронных приборов, детали радиоэлектроники. Ситаллы используют в качестве жаростойких покрытий для защиты металлов от действия высоких температур. Их применяют в произ­водстве текстильных машин, абразивов для шлифования, фильер для вытягивания синтетических волокон. Из ситаллов могут быть изготовлены лопасти воздушных компрессоров, сопла реактивных двигателей, они используются для изготовления точных калибров и оснований металлорежущих станков.

Керамика

Керамика — неорганический материал, получаемый из отформованных минеральных масс в процессе высокотемператур­ного обжига. В результате обжига (1200—2500°С) формируется структура материала (спекание), и изделие приобретает необходи­мые физико-механические свойства.

Техническая керамика включает искусственно синтезирован­ные керамические материалы различного химического и фазового состава; она обладает специфическими комплексами свойств. Такая керамика содержит минимальное количество или совсем не содержит глины. Основными компонентами технической керамики являются оксиды и бескислородные соединения металлов. Любой керамический материал является многофазной системой. В кера­мике могут присутствовать кристаллическая, стекловидная и газо­вая фазы.

Кристаллическая фаза представляет собой определенные хи­мические соединения или твердые растворы. Эта фаза составляет основу керамики и определяет значения механической прочности, термостойкости и других ее основных свойств.

Стекловидная фаза находится в керамике в виде прослоек стекла, связывающих кристаллическую фазу. Обычно керамика содержит 1—10 % стеклофазы, которая снижает механическую прочность и ухудшает тепловые показатели. Однако стеклообразующие компоненты (глинистые вещества) облегчают технологию изготовления изделий.

Газовая фаза представляет собой газы, находящиеся в порах керамики; по этой фазе керамику подразделяют на плотную, без открытых пор и пористую. Наличие даже закрытых пор нежела­тельно, так как снижается механическая прочность материала.

Большинство видов специальной технической керамики обла­дает плотной спекшейся структурой поликристаллического Строе­ния, для ее получения применяют специфические технологические приемы.

Керамика на основе чистых оксидов

С повышением температуры прочность керамики понижается. При использовании материалов в области высоких температур важным свойством является… Керамика на основе А12О3 (корундовая) обладает высокой проч­ностью, которая… Особенностью оксида циркония (ZrO2) является слабокислотная или инертная природа, низкий коэффициент теплопроводности.…

Бескислородная керамика

Карбиды. Широкое применение получил карбид кремния — карборунд (SiC). Он обладает высокой жаростойкостью (1500— 1600°С), высокой твердостью,… Бориды. Эти соединения обладают металлическими свойствами, их… Нитриды. Неметаллические нитриды являются высокотермо­стойкими материалами, имеют низкие теплопроводность и…

Композиционные материалы

Композиционные материалы состоят из металлической матрицы, упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материалы) или тонкодисперсными… Схема структуры (а) и армирования непрерывными волокнами (б) композиционных материалов:

Зернистый (дисперсно-упрочненный) материал; 2 — дискретный волокни­стый композиционный материал; 3 — непрерывно волокнистый композиционный ма­териал; 4 — непрерывная укладка волокон; 5 — двухмерная укладка волокон; 6,7 — объемная укладка волокон

Композиционные материалы с волокнистым наполни­телем по механизму армирующего действия делят на дискретные и с непрерывным волокном. Дискретные волокна располагаются в матрице хаотично. Диаметр волокон от долей до сотен микрометров. Чем больше отношение длины к диаметру волокна, тем выше степень упрочнения.

Часто композиционный материал представляет собой слоистую структуру, в которой каждый слой армирован большим числом параллельных непрерывных волокон. Каждый слой можно арми­ровать также непрерывными волокнами, сотканными в ткань, которая представляет собой исходную форму, по ширине и длине соответствующую конечному материалу. Нередко волокна спле­тают в трехмерные структуры.

Композиционные материалы отличаются от обычных сплавов более высокими значениями временного сопротивления и предела выносливости (на 50—100%), модуля упругости, коэффициента жесткости и пониженной склонностью к трещинообразованию. Применение композиционных материалов повышает жест­кость конструкции при одновременном снижении ее металлоем­кости.

Прочность композиционных материалов опреде­ляется свойствами волокон; матрица в основном должна пере­распределять напряжения между армирующими элементами. Поэтому прочность и модуль упругости волокон должны быть зна­чительно больше, чем прочность и модуль упругости матрицы. Жесткие армирующие волокна воспринимают напряжения, возникающие в композиции при нагружении, придают ей прочность и жесткость в направлении ориентации волокон.

 

 

Материал	σВ	σ-1	E, ГПа	σВ/γ	E/ γ
MПа
Бор — алюминий Бор— магний Алюминий — углерод Алюминий — сталь Никель — вольфрам	1300 1300				84,6 100 100 24,40

 

Композиционные материалы на металлической основе обладают высокой прочностью и жаропрочностью, в то же время они малопластичны. Однако волокна в композиционных материа­лах уменьшают скорость распространения трещин, зарождаю­щихся в матрице, к практически полностью исключают внезапное хрупкое разрушение. Отличительной особенностью одноосных волокнистых композиционных материалов являются анизотропия механических свойств вдоль и поперек волокон и малая чувстги-тельность к концентраторам напряжения.

Анизотропия свойств волокнистых композиционных материа­лов учитывается при конструировании деталей для оптимизации свойств путем согласования поля сопротивления в полями напря­жения.

Армирование алюминиевых, магниевых и титановых сплавов непрерывными тугоплавкими волокнами бора, карбида кремния, диборида титана и оксида алюминия значительно повышает жаро­прочность. Особенностью композиционных материалов является малая скорость разупрочнения во времени с повы­шением температуры.

Основным недостатком композиционных материалов с одно- и двумерным армированием является низкое сопротивление межслойному сдвигу и поперечному обрыву. Этого недостатка лишены материалы с объемным армированием.

Дисперсно-упрочненные композиционные материалы. В отличие от волокнистых композиционных материалов в дисперсно-упроч­ненных композиционных материалах матрица является основным элементом, несущим нагрузку, а дисперсные частицы тормозят движение в ней дислокаций. Высокая прочность достигается при размере частиц 10—500 нм при среднем расстоянии между ними 100—500 нм и равномерном распределении их в матрице. Проч­ность и жаропрочность в зависимости от объемного содержания упрочняющих фаз не подчиняются закону аддитивности.

Использование в качестве упрочняющих фаз стабильных туго­плавких соединений (оксиды тория, гафния, иттрия, сложные соединения оксидов и редкоземельных металлов), нерастворяю­щихся в матричном металле, позволяет сохранить высокую проч­ность материала. В связи с этим такие материалы чаще применяют как жаропрочные. Дисперсно-упрочненные ком­позиционные материалы могут быть получены на основе большин­ства применяемых в технике металлов и сплавов.

Наиболее широко используют сплавы на основе алюминия — САП (спеченный алюминиевый порошок). САП состоит из алюми­ния и дисперсных чешуек А1₂О₃. Частицы А1₂О₃ эффективно тормозят движение дислокаций и тем самым повышают прочность сплава. Плотность этих материалов равна плотности алюминия, они не уступают ему по коррозионной стойкости и даже могут заменять титан и корро­зионно-стойкие стали при работе в интервале температур 250-500 °С. По длительной прочности они превосходят деформируемые алюминиевые сплавы. Длительная прочность для сплавов САП-1 и САП-2 при 500 °С составляет 45—55 МПа.

Большие перспективы у никелевых дисперсно-упрочненных материалов. Широкое применение получили сплавы ВДУ-1 (никель, упрочненный дву­окисью тория), ВДУ-2 (никель, упрочненный двуокисью гафния) и ВД-3 (матрица Ni + 20 % Cr, упрочненная окисью тория). Эти сплавы обладают высокой жаропрочностью. Дисперсно-упрочненные компози­ционные материалы, так же как волокнистые, стойки к разупроч­нению с повышением температуры и длительности выдержки при данной температуре.

Области применения композиционных материалов не ограни­чены. Они применяются в авиации для высоконагруженных де­талей самолетов (обшивки, лонжеронов, нервюр, панелей и т. д.) и двигателей (лопаток компрессора и турбины и т. д.), в косми­ческой технике для узлов силовых конструкций аппаратов, подвергающихся нагреву, для элементов жесткости, панелей, в автомобилестроении для облегчения кузовов, рессор, рам, панелей кузовов, бамперов и т. д., в горной промышленности (буровой инструмент, детали комбайнов и т. д.), в гражданском строительстве (пролеты мостов, элементы сборных конструкций высотных сооружений и т. д.) и в других областях народного хозяйства.

Применение композиционных материалов обеспечивает новый качественный скачок в увеличении мощности двигателей, энерге­тических и транспортных установок, уменьшении массы машин и приборов.

Композиционные материалы с неметаллической матрицей

Композиционные материалы с неметаллической матри­цей нашли широкое применение. В качестве неметаллических мат­риц используют полимерные, углеродные и керамические мате­риалы. Из полимерных матриц наибольшее распространение полу­чили эпоксидная, фенолоформальдегидная и полиимидная. Уголь­ные матрицы коксованные или пироуглеродные получают из син­тетических полимеров, подвергнутых пиролизу. Матрица связы­вает композицию, придавая ей форму. Упрочнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитридов и др.), а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.

Свойства композиционных материалов зависят от состава ком­понентов, их сочетания, количественною соотношения и прочности связи между ними. Армирующие материалы могут быть в виде волокон, жгутов, нитей, лент, многослойных тканей.

Содержание упрочнителя в ориентированных материалах соста­вляет 60—80%, в неориентированных (с дискретными волок­нами и нитевидными кристаллами) 20—30%. Чем выше прочность и модуль упругости волокон, тем выше прочность и жесткость композиционного материала. Свойства матрицы опре­деляют прочность композиции при сдвиге и сжатии и сопротивле­ние усталостному разрушению.

По виду упрочнителя композиционные материалы классифи­цируют на стекловолокниты, карбоволокниты с углеродными волокнами, бороволокниты и органоволокниты.

В слоистых материалах волокна, нити, ленты, пропитанные связующим, укладываются параллельно друг другу в плоскости укладки. Свойства получаются анизотропными. Для работы материала в изделии важно учитывать направление действующих нагрузок. Можно создавать материалы как с изотропными, так и с анизотропными свойствами. Можно укладывать волокна под разными углами, варьируя свойства композиционных материалов. От порядка укладки слоев по толщине пакета зависят изгибные и крутильные жесткости материала.

Применяется укладка упрочнителей из трех, четырех и более нитей. Наибольшее применение имеет структура из трех взаимно перпендикулярных нитей. Упрочнители могут рас­полагаться в осевом, радиальном и окружном направлениях.

Трехмерные материалы могут быть любой толщины в виде блоков, цилиндров. Объемные ткани увеличивают прочность на отрыв и сопротивление сдвигу по сравнению со слоистыми. Система из четырех нитей строится путем расположения упрочнителя по диагоналям куба. Структура из четырех нитей равновесна, имеет повышенную жесткость при сдвиге в главных плоскостях. Однако создание четырехнаправленных материалов сложнее, чем трехнаправленных.

Схемы армирования композиционных материалов: I - однонаправленная; II - двухнаправленная; III - трехнаправленная; IV - четырехнаправленная.

  Карбоволокниты Карбоволокниты (углепласты) представляют собой ком­позиции, состоящие из полимерного связующего (матрицы) и…