Файл: Физикотехнологические основы получения композиционных материалов.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 07.11.2023

Просмотров: 282

Скачиваний: 4

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Оглавление

Введение

Физико-технологические основы получения композиционных материалов

1.1. Характеристика композиционных материалов

1.2. Классификация композиционных материалов

1.3. Требования, предъявляемые к армирующим и матричным материалам

Изготовление изделий из металлических композиционных материалов

2.2. Материалы матриц

2.3. Способы получения полуфабрикатов и готовых изделий

3.2. Краткая характеристика порошковых материалов

3.3. Приготовление смеси и формообразование заготовок

3.4. Спекание и окончательная обработка заготовок

4. Изготовление деталей из полимерных композиционных материалов

4.3. Способы формообразования деталей в высокоэластичном состоянии

5. Получение деталей из композиционных пластиков

7. Технологические особенности проектирования и изготовления деталей из композиционных материалов

7.1. Технологические требования к конструкциям изготовляемых деталей

7.2. Технологические особенности дополнительной механической обработки заготовок

7.3. Техника безопасности и охрана окружающей среды при изготовлении деталей из композиционных материалов

Заключение

Список использованной литературы

Оглавление


Введение 3

1.Физико-технологические основы получения композиционных материалов 5

1.1. Характеристика композиционных материалов 5

1.2. Классификация композиционных материалов 6

1.3. Требования, предъявляемые к армирующим и матричным материалам 8

2.Изготовление изделий из металлических композиционных материалов 13

2.1. Волокна для армирования композиционных материалов 13

2.2. Материалы матриц 17

2.3. Способы получения полуфабрикатов и готовых изделий 18

3.Изготовление деталей из композиционных порошковых материалов 24

3.1. Способы получения и технологические свойства порошков 24

3.2. Краткая характеристика порошковых материалов 27

3.3. Приготовление смеси и формообразование заготовок 28

3.4. Спекание и окончательная обработка заготовок 32

4. Изготовление деталей из полимерных композиционных материалов 36

4.1. Классификация и технологические свойства пластмасс 36

4.2. Способы формообразования деталей в вязкотекучем состоянии 39

4.3. Способы формообразования деталей в высокоэластичном состоянии 43

5. Получение деталей из композиционных пластиков 46

6. Изготовление резиновых технических деталей 49

6.1. Состав и свойства резиновых технических материалов 49

6.2. Способы изготовления резиновых технических деталей 50

7. Технологические особенности проектирования и изготовления деталей из композиционных материалов 53

7.1. Технологические требования к конструкциям изготовляемых деталей 53

7.2. Технологические особенности дополнительной механической обработки заготовок 54

7.3. Техника безопасности и охрана окружающей среды при изготовлении деталей из композиционных материалов 57

Заключение 59

Список использованной литературы 60


Введение


Развитие всех отраслей промышленности, а также задача повышения качества выпускаемых изделий потребовали создания новых конструкционных материалов. Авиация, ракетно-космическая техника, ядерная энергетика и многие другие отрасли нуждаются в материалах, характе­ризующихся высокими прочностью, термостойкостью и жаропрочностью, малой плотностью, теплопроводностью и элек­тропроводимостью, диэлектрическими, магнитными и другими специальными физическими свойствами. Объединение различных ценных свойств отдельных материалов позволило создать единое целое - композицию. Современное материаловедение уже добилось значительных успехов в исследовании и разработке композиционных материалов (КМ).


Композиционные материалы (композиты) (от лат. compositio – составление), многокомпонентные материалы, состоящие из полимерной, металлической, углеродной, керамической или др. основы (матрицы), армированной наполнителями из волокон, нитевидных кристаллов, тонкодиспeрсных частиц и др. Путем подбора состава и свойств наполнителя и матрицы (связующего), их соотношения, ориентации наполнителя можно получить материалы с требуемым сочетанием эксплуатационных и технологических свойств. Использование в одном материале нескольких матриц (полиматричные композиционные материалы) или наполнителей различной природы (гибридные композиционные материалы) значительно расширяет возможности регулирования свойств композиционных материалов.

Принципы армирования для упрочнения известны в технике с глубокой древности. Еще в Вавилоне использовали тростник для армирования глины при постройке жилищ, а в Древней Греции железными прутьями укрепляли мраморные колонны при постройке дворцов и храмов. В 1555-1560 гг. при постройке храма Василия Блаженного в Москве русские зодчие Барма и Постник использовали армированные железными полосами каменные плиты. Прообразом композиционные материалы являются широко известный железобетон, представляющий собой сочетание бетона, работающего на сжатие и стальной арматуры, работающей на растяжение, а также полученные в XIX веке прокаткой слоистые материалы.

Успешному развитию современным КМ содействовали: разработка и применение в конструкциях волокнистых стеклопластиков, обладающих высокой удельной прочностью (1940-1950 гг.). Открытие весьма высокой прочности, приближающейся к теоретической, нитевидных кристаллов и доказательства возможности использования их для упрочнения металлических и неметаллических материалов (1950-1960 гг.), разработка новых армирующих материалов – высокопрочных и высокомодульных непрерывных волокон бора, углерода, Al2O3, SiC и волокон других неорганических тугоплавких соединений, а также упрочнителей на основе металлов (1960-1970 гг.).



С развитием теории и технологии КМ стало возможным создавать изделия, ра­ботающие в экстремальных условиях. Так, при разработке космического корабля многоразового использования "Буран" требовалось создать легкую конструкцию, способную длительно работать в исклю­чительно тяжелых условиях: при сверхвы­соких динамических и акустических на­грузках от мощных ракетных двигателей и сверхзвукового потока воздуха при подъ­еме; охлаждении в открытом космосе и нагреве облицовки корабля до температу­ры свыше тысячи градусов при входе в плотные слои атмосферы при посадке. Решения этих задач удалось достичь бла­годаря использованию конструкторами нетрадиционных новых, в том числе и композиционных, материалов со специ­альными свойствами.

Практически всякий современный материал представляет собой композицию, поскольку материалы редко используются в чистом виде. Действительно, почти все металлические сплавы содержат несколь­ко фаз, которые либо создаются специально (для придания материалу заданных эксплуатационных и технологических свойств), либо образуются в результате наличия в металле вредных примесей. Вышеперечисленное объясняет актуальность рассматриваемой проблемы.

Целью данной работы является рассмотрение технологических особенностей изготовления различных деталей из широкого спектра композиционных материалов. Задачи, поставленные для достижения цели:

  1. Дать определение, рассмотреть характеристики и основы получения композиционных материалов;

  2. Изучить классификацию современных композиционных материалов.

  3. Рассмотреть технологии изготовления деталей из различных видов композиционных материалов, изучить особенности работы с ними.


  1.   1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

Физико-технологические основы получения композиционных материалов

1.1. Характеристика композиционных материалов


На современном этапе понятие композиционного материала должно удовлетворять следующим критериям: композиция должна представлять собой объемное сочетание хотя бы двух химически разнородных материалов с четкой границей раздела между этими компонентами (фазами) и характеризоваться свойствами, которых не имеет никакой из ее компонентов в отдельности. Композицию полу­чают путем введения в основной материал (матрицу) определенного количества другого материала, который добавляется в целях получения специальных свойств. КМ может состоять из двух, трех и более компонентов. Размеры частиц входящих компонентов могут колебаться в широких пределах - от сотых долей микрометра (для порошковых наполнителей) до не­скольких миллиметров (при использовании волокнистых наполнителей).

Отличие большинства КМ от традици­онных материалов в том, что процесс получения КМ технологически совмещается с процессом изготовления изделия.

Проектирование изделия из КМ начи­нается с конструирования самого мате­риала - выбора его компонентов и назна­чения оптимальных технологических про­цессов производства. Особенность создания конструкций из КМ в отличие от кон­струкций из традиционных материалов заключается в том, что конструирование материала, разработка технологического процесса изготовления и проектирование самой конструкции - это единый взаимосвязанный процесс.

Физико-механические свойства КМ в зависимости от концентрации компонен­тов, их геометрических параметров и ори­ентации, а также технологии изготовления могут меняться в очень широких пределах. Тем самым открывается возможность специального создания (конструирования) материала с заданными свойствами для определенного изделия.

Наглядным подтверждением широкого применения КМ является использование углепластиков в авиации (рис. 1).



Ана­логичная тенденция применения КМ ха­рактерна и для других отраслей промыш­ленности, так как это неразрывно связано с повышением технико-экономических показателей выпускаемых изделий.

1.2. Классификация композиционных материалов


Все КМ условно можно классифициро­вать по следующим признакам: материалу композиции, типу арматуры и ее ориента­ции, способу получения композиции и изделий из них, по назначению.

В зависимости от материала матрицы КМ можно разделить на следующие ос­новные группы: композиции с металличе­ской матрицей - металлические компо­зиционные материалы (МКМ), с поли­мерной - полимерные композиционные материалы (ПКМ), с резиновой - рези­новые композиционные материалы (РКМ) и с керамической - керамические композиционные материалы (ККМ).

Название ПКМ обычно присваивают в зависимости от армирующего материала. Например, ПКМ, армированные стеклян­ными волокнами, называют стеклопласти­ками. Аналогично получили свои названия металлопластики, асбестопластики, угле­пластики, боропластики и т.д.


У металлических и керамических КМ пока еще нет четких правил присвоения названий. Обычно вначале указывают ма­териал матрицы, а затем армирующий ма­териал, например медно-вольфрамовые, алюминиево-стальные КМ и т.п.

По типу арматуры и ее ориентации КМ подразделяют на две основные группы: изотропные и анизотропные.

Изотропные КМ имеют одинако­вые свойства во всех направлениях. К этой группе относят КМ с порошкообразными наполнителями. К числу изотропных ус­ловно относят и КМ, армированные ко­роткими (дискретными) частицами. КМ при этом получаются квазиизотропными, т.е. изотропными в объеме всего изделия, но анизотропными в микрообъемах.

У анизотропных материалов свойства зависят от направления арми­рующего материала. Их подразделяют на однонаправленные, слоистые и трехмер­но-направленные. Анизотропия материала закладывается конструктором для получе­ния КМ с заданными свойствами. Одно­направленные КМ чаще всего проектиру­ют для изготовления изделий, работаю­щих на растяжение. Слоистые КМ полу­чают путем продольно-поперечной уклад­ки с правильным чередованием слоев. Трехмерно-направленное армирование обычно достигается за счет использования "сшитых" в поперечном направлении ар­мирующих тканей, сеток и т.п. Кроме та­кой анизотропии образуется еще техноло­гическая анизотропия, возникающая при пластическом деформировании изотроп­ных материалов (металлов).