Тема 3. Полиматричные и полиармированные КМ.

Необходимо рассмотреть КМ с комбинированными матрицами, состоящими из чередующих слоев различного химического состава. Влияние состава полиматричного КМ на перечень их полезных свойств. Роль полиармированных КМ на физико-механические свойства полуфабрикатов и деталей. [1,2,4].

Методические указания.

При освоении материала этого раздела необходимо обратить внимание на различие, получаемых свойств в полиматричных и полиармированных КМ. Обосновать выбор того или другого вида КМ в зависимости от режимов эксплуатации детали.

Тема 4. Классификация наполнителей.

Классификация по форме наполнителя. Дисперсно-упрочненные и волокнистые КМ, схемы армирования КМ. Нуль-мерные, одномерные и двумерные наполнители. Одноосное; двухосное и трехосное армирование КМ. Классификация волокнистых наполнителей [1,4].

Методические указания

Очень важно при изучении этого раздела проанализировать схемы армирования и форму наполнителей. Понять влияние различных форм наполнителя на свойства одноосного, двуосного и трехосного армирования. Обратить внимание на влияние объема наполнителя и схемы армирования на механические свойства КМ. Необходимо рассмотреть и способы получения стеклянных, органических, углеродных и борных волокон и их влияние на свойства КМ.

Тема 5. Классификация матричных материалов.

Полимерные матрицы и ее роль в формировании свойств КМ. Термореактивные и термопластичные матрицы. Эпоксидные, полиэфирные, фенольные и кремнийорганические смолы для матриц. Полиамидные смолы. Алюминиевые сплавы как матричный материал в МКМ. Свинец, медь, никель в качестве матрицы. Керамическая и углеродная матрицы [1,2,3].

Методические указания

При рассмотрении этого раздела следует обратить внимание на роль полимерного связующего как основного компонента КМ. Полимерная матрица должна выполнять следующие функции в КМ:

· Обеспечивать сплошность материала

· Передавать внешнюю нагрузку на арматуру и перераспределять ее между отдельными волокнами

· Воспринимать сдвиговые нагрузки

· Предохранять волокна от механических повреждений

При рассмотрении КМ с металлической матрицей следует изучить технологические признаки алюминиевой матрицы, которая может быть деформируемой литой и порошковой.

Тема 6 и 7. ПКМ, способы их получения и применения.

Важнейшей из композитов являются КМ с полимерной матрицей, упрочненной волокнами. Что представляют собой ПКМ армированные с однонаправленными волокнами и тканями? Расположение нитей основы в тканях различного плетения. Этапы технологического цикла получения ПКМ. Прямой и непрямой способы получения полуфабрикатов ПКМ. Методы получения изделий из ПКМ намоткой, прессованием, вакуумное и автоклавное формирование, пултрузия. Стеклопластики – один из первых конструкционных материалов на полимерной основе, которые давно применяют в судостроении, судоремонте, строительстве, нефтехимии и др. отраслях экономики. Какие элементы судна изготавливают из стеклопластиков, органопластиков, углепластиков, боропластиков и схемы нанесения покрытия из этих материалов. [1, 2,3,4,5].

Методические указания.

При самостоятельной проработке этого раздела важнейшим является технология подготовки армирующего наполнителя и приготовление связующего; совмещение арматуры и матрицы, формирование детали, отверждения связующего в КМ, механическая доработка и контроль качества детали. Необходимо перечислить детали, которые изготавливаются методами намотки, прессования, вакуумным и автоклавным формованием. Рассматривая область применения ПКМ необходимо рассмотреть, приведенные в литературе [1] схемы ремонта корпусных конструкций и монтажные работы (посадка гребного винта на конус гребного вала, установка штыря руля в подшипник и др.) Обратить внимание на перспективность применения углепластиков в качестве антифрикционных материалов.

Тема 8. Металлические МКМ.

Металлические композиционные материалы (МКМ) представляют собой такие материалы, в которых матрицей выступают металлы и их сплавы, а арматурой – металлические и неметаллические волокна. Технологический алгоритм производства полуфабрикатов и деталей из МКМ. Классификация способов формирования изделий из МКМ. Твердофазное, жидкофазное формование, метод осаждения. Комбинированные методы формования. Область применения МКМ.

Методические указания

Наиболее ответственными этапами получения изделий из МКМ, на которые следует обратить внимание, являются: очистка поверхности волокон и матрицы, объединение волокон и матрицы – сборка чередующихся слоев матрицы и волокон.

При твердофазном способе получения МКМ используют матричный материал в виде порошков, фольги, тонкого листа, которые в последующем соединяются диффузионной сваркой, сваркой взрывом, пластическим деформированием, спеканием и т.п. При жидкофазном способе формирования изделий из МКМ следует рассмотреть вопросы подготовки поверхности наполнителя для повышения его смачиваемости расплавом.

Тема 9. Керамические КМ.

Керамические КМ (ККМ) представляют собой материалы, в которых матрица состоит из керамики, а арматура из металлических и 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 течении многих веков использовались при изготовлении футеровки печей и многих огнеупорных изделий. В настоящее время требования к керамике как к 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 ºС. 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 ККМ с металлическими волокнами. ККМ с углеродными волокнами. ККМ с волокнами карбида кремния [1].

Методические указания

При изучении этого раздела следует обратить внимание на тот факт, что матрица является очень хрупкой и для увеличения прочности арматура изготавливается из материалов с более высоким модулем упругости, чем у матрицы. При получении ККМ с металлическими волокнами необходимо обратить внимание на то, что металлические волокна создают пластичную сетку, которая способна обеспечить целостность керамики после возникновения трещин. Важным условием надежных ККМ с углеродными волокнами является оптимальное соотношение модулей упругости волокон и матрицы. Наиболее приемлемыми ККМ с углеродным наполнителем являются ККМ с боросиликатной и алюмосиликатной матрицей. При изучении ККМ с волокнами карбида кремния следует обратить внимание на то, что практически при равной прочности с другими ККМ они имеют повышенную стойкость к окислению при высоких температурах и значительно меньшую разницу коэффициента термического расширения.