30 234 subscribers

Композитные материалы

Композитные материалы

Сложно представить себе современное материаловедение без использования композитных материалов.

Любая наукоемкая отрасль требует создания новых материалов, которые будут отвечать обновленным требованиям. Это уже совсем другие требования и если раньше можно было смириться, скажем, с большим весом готовой конструкции, то сегодня это недопустимо. Ведь каждый лишний грамм - это лишнее топливо при поездках, а значит меньшая экономичность. Это крайне негативно сказывается и на окружающей среде, которая без того страдает. Но и традиционные подходы не могут решить поставленные задачи.

Один из вариантов решения - комбинировать. Соединить несколько материалов в единую конструкцию и получить нужный диапазон свойств. Полученный таким образом материал будет называться композитным материалом.

Всё просто - композит сочетает достоинства одного материала и другого материала/других материалов. Это, иногда, касается и недостатков, но само собой, изначальная цель - добиться полезного симбиоза.

С точки зрения материаловедения композитный - это материал с управляемыми свойствами, созданный искусственно для решения определенны задач.

Отсюда и самые разные модификации таких материалов. Например, существуют армированные материалы, которые по своему смыслу напоминают железобетон. Существуют материалы с наполнителем, когда в полимерный компаунд добавляют металлическую пыль и крошку, позволяя добиться электрической проводимости у полимеров. Есть даже пористые композитные материалы, где один материал прочный и "скелетообразующий" , а второй - воздух. Так делают огнеупоры.

Схема стандартного композитного материала
Схема стандартного композитного материала

Подружить друг с другом можно как металлические, так и неметаллические материалы. Органические и неорганические материалы. Совместимы в той или иной форме абсолютно все группы материалов. Остается добиться хорошей адгезии или построить конструкцию таким образом, чтобы один материал не выпал из другого в процессе работы.

Стандартная конструкция любого композита - это наличие набивки и матрицы.

Матрица - это то, во что вставлены другие компоненты. Проще представить это наглядно, чем объяснить. Вспомним старый добрый железобетон. В нем есть упрочняющая металлическая арматура, а погружена она в бетон. Бетон и будет являться матрицей в данном случае.

Набивка или наполнитель - это всё то, что находится в матрице. Опять вернемся к железобетону. Металлическая арматура и будет наполнителем или набивкой.

Совершенно не обязательно, чтобы наполнитель был именно как арматура. Он может быть в виде гранул, включений, конструкции, пузырьков и любой другой формы. В случае же железобетона получится волокнистый композит. Ещё бывают дисперсноупрочненные и слоистые. Кроме того все типы материалов можно объединять в единые конструкции для получения новых свойств.

Типы композитов
Типы композитов

Полезно отметить, что композиты далеко не всегда выполнены по классической технологии, которая подразумевает погружение чего-то во что-то. Некоторые металлические сплавы после термической обработки или выплавки можно смело отнести к композитам.

Главный признак композитного материала - возможность прочертить строгую и однозначную границу раздела между составляющими компонентами. Опять же, в том же железобетоне граница более чем очевидная. Если сплав в результате даёт примерно такую картину, как и железобетон, то и он является композитом. Скажем, есть такое понятие, как механическая смесь в сплаве. Это такая хитрая структура, когда компоненты застыли раздельно друг от друга и видна четка граница. Получили композитный материал с новыми свойствами.

------------

Статья показалась полезной? Обязательно поддержи развитие проекта лайком и подпиской!