5.2. Вопросы по теме «Керамические материалы»:

1. Что такое керамика?

2. Как принято классифицировать керамику?

3. Что входит в состав керамических материалов?

4. Из каких операций состоит технология изготовления керамических материалов?

5. Каковы достоинства керамики?

6. С чем связаны недостатки керамики?

7. Где применяются керамические материалы?

6. Композиционные материалы

Композиционными называют однородные в макрообъеме мате­риалы, получаемые путем искусственного объединения микроско­пических объемов разнородных веществ.

Макрообъем конструкционных материалов (КМ) определяется габаритными размерами изго­товленной из него детали и может достигать значительных вели­чин. Например, размеры некоторых деталей химической аппара­туры из КМ, получаемых путем намотки волокнистого наполни­теля со связующим, достигают 10 м и более. Дискретные элемен­ты структуры КМ, представленные химически или физически разнородными веществами, в большинстве случаев имеют разме­ры до 10 мкм, а в некоторых материалах не более сотен микро­метров.

6.1. Общие сведения о композиционных материалах

Композиционные материалы состоят из непрерывной матри­цы, в которой равномерно распределены дискретные или непре­рывные микрообъемы наполнителя зернистой (рис. 14, а) или волокнистой (рис. 14, б, в) формы. Матрица связывает отдельные элементы наполнителя в единый монолит. Механическая нагруз­ка, приложенная к КМ, воспринимается матрицей и через по­верхности раздела фаз передается на элементы наполнителя. В ка­честве наполнителя обычно используют более прочное вещество, а матрицей должно быть более пластичное вещество.

Рис. 14. Классификация композиционных материалов по виду наполни­теля:

а – с зернистым наполнителем; б – с дискретным волокнистым наполните­лем;

в – с непрерывным волокнистым наполнителем; d – диаметр зерна;

lз – межзеренное расстояние

Упрочняющее действие наполнителя определяется его геомет­рической формой, а также размерами и ориентацией дискретных элементов структуры наполнителя в КМ. По геометрической фор­ме используемого наполнителя КМ подразделяют на два класса:

• с зернистым наполнителем. Наполнитель называют зернистым при условии lз/d≈1.

• с волокнистым наполнителем. Для волокнистого наполнителя выполняется условие li/d » 1 (где li – длина волокна, d – диаметр волокна).

Механизм упрочняющего действия зернистого наполнителя за­висит от размера его зерен, исходя из которого различают КМ:

• дисперсно-упрочненные (упрочнение такого типа проявляет­ся при размере зерен d<0,1 мкм);

• порошковые (наполнитель с размером зерен d>1 мкм).

В зависимости от механизма армирующего действия волокнис­того наполнителя различают КМ:

• с дискретным волокном (отношение размерных параметров волокна li/d в этих композитах находится в пределах 10–10³);

• с непрерывным волокном, удовлетворяющим условию li/d » ∞.

Пространственная ориентация волокнистого наполнителя, не влияя на механизм контактного взаимодействия матрицы с во­локном, оказывает влияние на условия передачи напряжения в объеме детали из КМ. Рациональная ориентация волокон позво­ляет оптимально использовать преимущества КМ при конструи­ровании деталей машин, усиливая материал в наиболее нагру­женных направлениях детали.