фудзи (Фудзи Т., Дзако М., 1982 - Механика разрушения композитных материалов), страница 3

Штриховые линии — дли промышленного стекловолокна; вертикаль. иые линии указывают толпгнну волокна. Ой фО Ф «О Ф Х О Х Ф Р«ОО Мф ОФ" со%ха 3 Ф Ф хфс,ос ХФОФ ОХФКОМ М„„ОМФ ~ххдкокох с.ас„ ОСС МИХФ одккфо5 ХИХП»ХЕ О и к 3 ф ес ХО О Ф Ос Ф Ф »й Ф Офйд Ооо ХОО й"фксомо О«Т Ф«. ф О™ О СО Д О Ои Охх РР -С ФО ХР йсф О « ««ю« Е Е Ф .Ре Х ихм ОООО йидхиск ,О Х О Х Х БОО Р Е да «3 ОФО«Х К к а»Х Е 3ООЕ Х ,.

О О Р' О О Ф «« Ф Ф Х М О О с Ф О О Е- ф ОкйОХ кдхй «3 6\ Ф «« Мйх„с рт «р О «« «Ф р с«М Х \с ХОМО Оик О ди ХОФМХ ОХО Х КО ф.-ф Х* О»к х ФМОООХОМ О»Ф КФх Рс ~~6 4 .«О,Ф«О О тй х с Ф О к О 4 Ф О О ОЕ а о Ч О ~/ О «йа о и Е' Х с Е М р« О,Ф «Е к Ф «'« О.

Ф к Ф 2 О О Р' к иХ 3 Х « Х б Х Х И Х с О О Ф 2 Ф О Е «Р. О 4 О Х ««Ф ф Т'»» Е Ф О. Х Х Яй .е Фф с» Оо О о«О О »О~ ФЯЦ «« ~» О Ф '' Р.Ф Фи кхф О Р' «, Ф Е" хбо О МХ Х О Р' «РФФ р с. е с» О «р ,ц:Е рэ «\ с.' Р\ Х «» Х ЯФ О Р» Ф О Ф Е-ХО Хик Фасо О М Е- к и кх о ,«БХ К иссох ХО р М ХОР "« фскдфф д с Е Ф О Ей с е" о. Р ФО «Т Х Ф и О Р Е Х ф Х, «« о аи ООМ М ФО „Х к Х \ я к «" Ф ЫФФ ФН с«.

Ф Х р« Ф и О Ф Х «.Т Ф ф Е' ОМФ Й:О Охд с ОЕ О « О Е 8д Ф Е Х О ФОО ~ М Е О к «с р«Е О ф,. О' » р' Ф Ф О „ Ыф ОЯ «« дс О Ф М Х Х Х О О. О Хк Х «« Х 3 ХО ф да ОХ Х О О Е ф О «с «О «« Ф .П Тй ф Ф Е Х О ФФО Х Х Ф Х ~О Х ХХО ОО ф сххо М ««,'~ с Ф О ФФО Ф О «» О ХХХ ««« и Ф Фх Ф Ф О «Р ФХ,« Е" « С» и Ф д 2 «О О М «О а с Е-' Р и И Е Х р Х О Х Х ФО Ф О охк Мх ОХО аксай хС»п»о» О Ф о се «Е 'Т/ «О с о ф с« О С« СО Д о ф Х Ф Ф Ф О О О Ф О Ф О М О Ф Х Ф Е Ф О Ф Х р« к ФМ «» Ф Е «Р Ф ОХ с«й Е « 3 Х с М Х Х Х й= ер Х О О «р О Р О « Тй Ф йх~ ~ Ф«.О Ф оо С» ОО О й Е ос Ф Т,» м О «Е О О ф ф.

М Р Ф Е а О Е О С«' р Ок и Ф Сс х Ф О О Х О. О с и д И ~Хо О Х Ох йхф х с Ф с О. с» х б. д Е О Х О с х Фй О Е ае О й й,ф .ОО « .*РЬ. О д О Ф «Т Ф й ° Е О с Ф О М Ф О О Ф й О М И З» М О О ЕР Ф РТ О ТПАЗД !. СОМПОЗИИИОННЫЙ МАТЗРИДПЫ Т.З. ТИПЫ КОМПОЗИТОВ е Х х « Х Х '1 «' Ф »ы И „ а Х « Х х О К Х Я О И с а Х ад" к Р ! ОХ~ О 6 О Х 'Х Х хдИ Х'$ «« с «« фа Р О х сх '««Х ~хр В~И О О В с « Х ц О Х с х д ОХ с к 6 и Рхх Х Х НХХ Зхо ах О В Р Х и е ° Х Х «Е х 'Т ХД Р Х Рид Х ац С ОЕ О с Х ФХ а дсф ОС! «с б !6 глава ), номпозицигн)иые или гиены сз. пены ноыпози)ов тб яадй Характеристики волокон )и и» таи стекловолокне 55,2 14,8 7,3 З,З 18,7 0,3 0,2 О,З 0,3 370 65 4 5 3 14 8,5 0,5 310 72,0 2,5 0,5 0,9 9„0 12,5 1,5 0,5 310 ОБ,О 2Г,О П),0 Металлы Алюминий Титан Сталь Бериллий 7 462 11 740 21 000 ЗО 930 2,733 2,493 2,689 16,666 0,00269 0,00471 0,00781 0,00186 63,3 196,8 421,8 175,8 2,36 4,18 9,47 И еорганиеггкие геи!ггтва Стекло Б Стекло 3 Углерод высокопрочный) Углерод Бор 2.897 3,525 11,4 — 14,3 13,80 19,74 14,3 — 20 7 382 8 789 20 000 — 25 0000 0,00255 0,00249 0,00175 351,5 492,0 250 — 3350 7700 7400 7400 35 000 — 38 000 42 180 ! 7,9 — 19,5 16,374 1О.З вЂ” 13 13,65 0,00195 210 — 2500 351,5 2„53 10'е 2,46 2,46 10'е Органические вещества Квсбра 1Рй))49) 13 300 8,5 — 11,3 0,0020 Уг)блина ),3 Физические нарантсрнстини и нимнчсский состав стоны)а)глониа Хнмнчвсннй состав 1вссовос содержание, "и) 8!Ов А1вОе овОа МЗО СаО МарО КлО г сеОе г Прочность одиночного волокна прн растнжснии.

нг4мы' Модуль упругости прн 25'С, нгсгмм тно Элснтричсснос сопротивление, Ом)см появляются повреждения, обусловленные внешними причинами, прочность стекла остается без изменения. Согласно Гриффитсу, с уменьшением диаметра уменьшаются дефекты и возрастает прочность 11.51. Гриффитс указывал на то, что в действительности с уменьшением диаметра происходит увеличение прочности стекловолокна.

На рассматриваемом рисунке пунктирными линиями показаны результаты, полученные для выпускаемого промышленностью волокна, диаметр которого составляет примерно 9 мкм. Результаты получены как для волокна, поперечное сечение которого представляет круг, так и для пустотелого волокна, имеющего поперечное сечение в виде кольца. Помимо стекловолокон в композитах используются волокна других материалов, примеры которых приведены в табл. 1.4. Особое внимание в последнее время уделиется армнрующнм волокнам, представляющим собой нитевидные кристаллы, или усы.

Внутри таких кристаллов дислокации являются немногочисленными, что позволяет обеспечить очень высокую прочность. В 1960 г. американская фирма «Лжэнерал Электрик» добилась успехов в опытной разработке усов из окиси алюминия, которые имеют вид игольчатых кристаллов. Нитевидные нригталлы могут быть получены из таких керамических ма- териалов, как ВеО, В4С, ЯС, ЯгИь углерод и др. Помимо этого такие кристаллы могут быть изготовлены н из металлов: меди, никеля, железа н т. д. Эти кристаллы имеют диаметр 0,2 — 3 мкм и длину 2 — 25 мм. В последнее времй удалось опытным путем получать непрерывные нитевидные кристаллы. В табл.

1.5 в качестве примера приведены некоторь)е свойства нитевидных кристаллов. В качестве матриц композитов, армированных волокном„ могут быть использованы материалы, указанные в табл. 1.б, По сравнению с наполннтелем эти материалы являются мягкими и хорошо формуются. 1.3.2. Композиты с диеперсиыми частицами Обычно наполнитель представляет собой частицы. В специальных случаям наполнитель может иметь вид чешуек. Композиты таких типов носят название композ)!))ов с днсперсными частицами. Когда размеры частиц являются небольшими и составлн)о м, рассматриваемые материалы ТВ 1.3 ТНЛ КРМГ$О ТИТОВ ОО сО О сР $ $ «О СО«Р $ СО О фс "О" $ С« Сс СЧ СЧ С« О О ОООО йййЯО О ИО РДК д О С ОСЬ «' С Ия $$ $ $ СССР О» ООДО 1 ФФ $' $'О» Ссс»» ОО $ О $'«О« О СР Н» О СЧ счО» $' Ч' О ЧТ с$ О й $ .«»».

ГЛАВА 1. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ О $' СО СЧ «О » $ О С» » О СЧ СО СО О» СЧ СЧ СО «Р О СЧ сч ю Д СО $ «О Я О« «Р С«$. СО О $- - О Сч О ф «О Сс ф О« О«СО «О СЧ С» О О О О О О О О л ои О Х М Рз То И И С» $ »$ Я Р И И О И $» $ И $$ Р Д $ ИР «$ Р ИВО '$ ОО О ДО. ИВ ;» РС« ~С К с О С, »" С, ~О, О О ДВ Оа Р $ ,БАЙИ $- 'О с«И И о о о и с ИИИ с о и ОИ ИРИР,- «И И И О $- Ейных~ Р. И о о~ о Т Иой Т тлАВА ь композиционные ЫАретирлы ьэ типы композитое И МЕР. называются дисперсно-упрочненными.

При диаметре частиц порядка 1 — 50 мкм композит уже можно рассматривать как материал, упрочненный частицами. При создании композитов с указанными частицами могут быть использованы различные матрицы. Ниже в качестве примера рассмотрены сочетания частиц н матриц. 1. Неметаллические частицы — неметаллические матрицы В рассматриваемых сочетаниях частицы и матрицы могут представлять собой как органические, так н неорганические вещества. Примером сочетания неорганической матрицы и неорганических частиц может служить бетон, который получается нз смеси песка или щебня с цементом н водой.

Затвердевание смеси происходит в результате химической реакции, которая протекает между цементом и водой. Примером, в котором матрица является органическим веществом, являются полимерный раствор и полимерный бетон. В полимерном растворе дисперсной фазой служит песок, а в полимерном бетоне в песок и щебень. В обоих случаях матрицей является смола. В рассматриваемых композициях частицы имеют нерегулярное распределение. В последнее время в качестве частиц используют сплошные и полые шары, которые могут быть изготовлены из стекла, полимеров, углерода и других материалов. 2. Металлические частицы — неметаллическая матрица Композиты могут быть получены яз полимерной матрицы и металлических частиц илн чешуек, заключенных в этой матрице. Обычно такие композиты обладают хорошей теплопроводностью и небольшим тепловым расширением, а также малым износом.

Часто в качестве матрицы используют эпоксидную смолу, в которой рассеяно серебро или медь, что позволяет получить материал с хорошей тепло- н электропроводностью. Полиуретан с рассеяннымн в нем алюминиевыми частицами используется в качестве ракетного топлива.

3. Металлические частицы — металлическая матрица В рассматриваемых композициях могут быть использованы самые различные металлы. Классификации композиций можно провести„исходя из характера наполнителя. При этом можно выделить два случая: 1) металлические частицы наполнителя тверже матрицы; 2) металлические частицы наполнителя мягче матрицы. В первом случае в качестве наполнителя могут быть использованы, например, вольфрам, хром, молибден. Этн материалы являются хрупкими, но обладают хорошей тепло- стойкостью. Если в качестве матричной фазы воспользоваться материалами, которые обладают высокой вязкостью, можно получить жаростойкие композиты с хорошей вязкостью.

Второму случаю соответствует пример композита, у которого частицы свинца рассеяны в железе или медном сплаве. Такой композит обладает хорошей обрабатываемостыгА 4. Неметаллические частицы — металлическая матрица Композиты, у которых матрица является металлической, часто изготавливаются прн высоких температурах. При этом в качестве наполиителя используются керамические материалы. Такие композиты носят название керметов. Обычно в качестве наполянтеля используют карбиды и окислы. Дисперсной фазой может быть, например, карбид вольфрама. Эта фаза может находиться в кобальтовой матрице, что позволяет получить компознт, обладающий очень высокой твердостью. Такой материал идет на изготовление клапанов и фильер, предназначенных для волочения проволоки. При использовании карбида хрома получаются материалы, имеющие хорошую коррозионную стойкость и износостойкость, у которых коэффициент теплового расширения 'близок к коэффициенту теплового расширения железа.

Поэтому композит с карбидом хрома йспользуется для изготовления клапанов. Помимо указанных карбидов используют также карбид титана„что позволяет получить композиты с хорошей теплостойкостью. Такие материалы идут яа изготовление деталей турбин, предназначенных для работы прн высоких температурах. 2.2. СТРОЕНИЕ ЕОМПОЗИТОЕ Е4 Ев Ев Е24 Е25 Е34 Е35 Езе Ем Е45 Езе Е54 Езз Езе Ее, Еез Еез е„ Еп ЕО Е1з Е21 Еы Егз Ез, Езг Езз Е,, Е42 Е43 Е51 Еге Езз Ее, Ее, Еез (2.1) дез д61 де„ де„ (2.3) Е!4 Е15 Е!6 Е24 Егз Е26 Е24 Езз Езе Е„Е,5 Е46 Ем Еее Еее Еп Егз Еп Егг Егз Езз Снмметрнчно 2,2. СТРОЕНИЕ КОМПОЗИТОВ е, Глава 2.

МЕХАНИКА КОМПОЗИТОВ 2.1. КОМПОЗИТ КАК МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА' При получении кампознтов могут быть использованы самые различные сочетания материалов матрицы н наполнителя. Поэтому следует учитывать, что рассмотрение компознта с точки зрения механики зависит от материалов, из которых он построен. Однако следует иметь в виду, что в каждом конкретном случае приемы изучения композитов не отличаются от соответствующих методов, с которыми приходилась иметь дело ранее в материаловедении и сопротивлении материалов.