1.4.3 Композиционные материалы

Принципиальное значение замены металлов на КМ состоит в том, что вместо ограниченного числа материалов с постоянными и практически равными во всех направлениях свойствами появляется возможность применять большое число новых материалов, различающихся свойствами в зависимости от направления ориентации наполнителя в материале (анизотропия свойств КМ). Это различие свойств КМ является регулируемым и у конструктора появляется возможность направлено создавать КМ под конкретную конструкцию в соответствии с особенностями ее эксплуатации и действующими нагрузками.

Композиционные материалы – это искусственные материалы, получаемые сочетанием компонентов с различными свойствами. Одним из компонентов является матрица (основа), другим – упрочнители (волокна, частицы). В качестве матриц используют полимерные, металлические, керамические и углеродные материалы. Упрочнителями служат волокна – стеклянные, борные, углеродные, органические, нитевидные кристаллы (карбидов, берилов, нитридов и др.) и металлические проволоки, обладающие высокой прочностью и жесткостью. При составлении композиции эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композиций. Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов, количественного соотношения и прочности связи между ними. Содержание упрочнителя в композиционных материалах составляет от 20 до 80 % по объему. Композиционные материалы являются гетерофазными материалами. Композиционные материалы являются весьма перспективными конструкционными материалами для многих отраслей машиностроения. При производстве труб используют такие композиционные материалы как ткань пропитанную резиной или смолами, железобетон.

Использование КМ в конструкциях позволило уменьшить массу изделия до 40 %, увеличивая полезную нагрузку.

В настоящее время КМ применяют в энергетическом машиностроении, химической промышленности (автоклавы, цистерны, емкости).

Правильно спроектированная и хорошо изготовленная конструкция из КМ более совершенна, чем такая же конструкция выполненная из металлов. Само создание изделий из КМ является примером единения конструкции и технологии. При этом КМ, спроектированный конструктором, образуется одновременно с изготовлением изделия со свойствами в значительной степени зависящими от параметров технологического процесса.