Дәріс тақырыбы. Полимерлі талшық негізіндегі композициялық құрылыс материалдары

Дәрістің мақсаты: Білім алушыларға Полимерлі талшық негізіндегі композициялық құрылыс материалдары жайлы жалпылама мәлімет беру, органикалық емес поликристаллды талшық

Негізгі терминдер: жіп тәріздес кристалл, сым металл қорытпа, органикалық емес және поликристалды талшық

1.Құрылыс материалдарының негізгі қасиеттері.

2. Композицияны беріктендіруші талшықтың негізгі қасиеттері

3.Полимерлі материалдарының қолданылу саласы

Құрылыс материалдарының негізгі қасиеттері.

Құрылыс материалдарының құрамы, құрылысы және қасиеттерінің өзара байланысы. Материалдың физикалық жағдайының ерекшеліктерін сипаттайтын қасиеттері. Материалдардың гидрофизикалық және жылуфизикалық қасиеттері. Механикалық қасиеттер: жүктеулер, деформациялар, кернеулер және беріктік.

Композицияны беріктендіруші талшықтың негізгі қасиеттері төмендегідей:

1) тығыздығы аз;

2) балқу температурасы жоғары;

3) матрицада ерігіштігі өте төмен;

4) жұмыстық температурадағы беріктігі жоғары;

5) химиялық төзімділігі жоғары;

6) жұмыстық температурада фазалық түрленбейді;

7) технологиялығы жақсы;

8) жасау және эксплуатациялау үрдісінде улы зат шығармайды.

Композициялық материалдың матрицасын беріктендіру үшін талшықтың негізінен 3 түрі қолданылады:

1) Жіп тәріздес кристалл;

2) Сым (металл, қорытпа);

3) Органикалық емес және поликристалды талшық.

Al мен Mg сияқты жеңіл металдар және олардың қорытпалары;

Ti мен Cu қорытпалары;

Негізі Fe, Ni, Co болатын қызуға берік және қызуға төзімді қорытпалар;

Негізі W, Mo, Nb болатын балқуы қиын қорытпалар.

Композиттің арматурасы ретінде талшық (B,C, SiC, Al₂O₃ және т.б.), жіп тәріздес кристалл (SiC, Al₂O₃ және т.б) және сым (болат, W, Be, Mo, Ti және т.б) қолданылады.

Композиттің арматурасы ретінде талшық (B,C, SiC, Al₂O₃ және т.б.), жіп тәріздес кристалл (SiC, Al₂O₃ және т.б) және сым (болат, W, Be, Mo, Ti және т.б) қолданылады.

Композициялық материалдың қасиеті негізінен арматураның түріне, мөлшеріне, өлшеміне, орналасуына және матрицамен байланысының беріктігімен анықталады. Талшықтың ұзындығының диаметріне қатынасы неғұрлым көп болса, композиттің беріктену дәрежесі соғұрлым жоғары. Бір өсті беріктенетін талшықты композиттің қасиеті анизотропты.

Талшықты композициялық материалдың матрицасы ретінде көбінесе алюминий (маркасы АД1) немесе алюминий қорытпасы (B95, Д16, Д20 және т.б) қолданыс тапса, арматура ретінде – коррозияға төзімді болат сымы, бор және көміртек талшығы.

Негізі алюминий матрицаны болат сыммен беріктендіру арқылы алынған КАС-1 маркалы композит жақсы механикалық қасиеттерімен, арзандылығымен, жылу және электр өткізгіштігімен ерекшеленеді. Композит матрицасын алюминий немесе алюминий қорытпасының фольгасынан жасап, беріктігі жоғары коррозияға төзімді хромникельді болат сыммен беріктендірген. Диаметрі 0,15-0,30 мм болат сымның беріктік шегі 3500-4000МПа. Композитті жасау барысында, компоненттер өзара әрекеттеспес үшін, температура 550⁰С-дан аспағаны жөн.

ВКА – 1 маркалы композит алюминий қорытпасының фольгасымен және бор талшығының кезектесіп келген қабатынан тұрады. 500ºС – ға дейінгі серпімділік модулі мен беріктігі жағынан ВКА – 1 композиті беріктігі жоғары (В95 маркасы) және қызуға берік (АК4 – 1 маркасы) алюминий қорытпаларынан басым.

Тығыздығы аз бор талшығына жоғары беріктік пен қатаңдық тән. Бор талшығының жоғары беріктігі ұсақ кристалды құрылымына байланысты. 400-500 ºС – да бор талшығы тотықтанып, әрі алюминий матрицамен химиялық әрекеттесетіндіктен, бор талшығын қалыңдығы 3-5 мкм кремний карбиді немесе бор нитридімен жабады.

Алюминий матрицалы талшықты композиттің қасиеті.

Алюминий матрицасы көміртек талшығымен беріктенген композициялық материал (ВКУ–1 маркасы) бор талшықты композитке қарағанда беріктігі төмендеу болғанымен, серпімділік модулі жоғары, жеңіл және арзан.

Матрицасы магний болып, бор талшығымен беріктенген композит (ВКМ маркасы) жақсы беріктік шегі (860 – 1230МПа), аз тығыздығымен (1960-2200кг/м³) және жоғары серпімділік модулімен ерекшелененді .

Қиын балқитын металдың (Mо,W,Tа) сымы жоғары қызуға беріктігімен ерекшеленеді. Бұл сымдардың жоғары беріктігі 1200 – 1500ºС – ға дейін сақталатындықтан, оларды қызуға берік матрицаларды беріктендіру үшін қолданады. Хром қосылған никель матрицаны вольфрам сымымен ( көлемдік бөлігі 40 % ) беріктендіру, композиттің (маркасы ВКН) 100 сағаттың сынақтағы беріктігін 1100ºС – да 130 МПа – ға жоғарылатты.

Негізі титан композитін алу үрдісінде, оны Be, Mo, W сымымен және SiC, Al₂O₃ талшығымен беріктендіреді. ВТ6 маркалы титан қорытпасын кремний карбидімен беріктендіру, композиттің меншікті қатандығын жоғарылытса, молибден сымымен беріктендіргенде, оның жоғары серпімділік модулі (124 ГПа ) 800 ºС – ға дейін сақталады.

Қазіргі кезде композиттер өнеркәсіптің көптеген саласында, әсіресе авиация, зымыран және ғарыштық техникада қолданылады. Сонымен қатар энергетика (турбина қалағы) мен химия өнеркәсібінде (сыйымдылық), автомобиль (қозғалтқыш бөлшектер), кеме жасау ( есу винті ) және т.б. салада қолданыс табуда.

Негізі металл болатын композициялық материал негізі металл емес композитке қарағанда, механикалық қасиеттерінің жоғарылығымен (σ_в, δ, Ε), беріктік қасиетін жоғары температураға дейін сақтай алуымен, электр өткізгіштігімен, ылғалға төзімділігімен және отқа жанбайтындығымен ерекшеленеді.