Własności kompozytów
Joanna Bąk
WIMiIP AGH
Rok 2, semestr
IV
Własności kompozytów
Joanna Bąk
WIMiIP AGH
Rok 2, semestr
IV
1.
Czym jest kompozyt?
Materiał makroskopowo jednolity;
Składa się z połączonych wzajemnie komponentów (materiałów o
różnych właściwościach);
Posiada ściśle określone właściwości eksploatacyjne;
Jest wytwarzany w celu uzyskania właściwości lepszych i/lub nowych w
stosunku do komponentów użytych osobno;
Właściwości nowych kompozytów NIGDY nie są sumą lub średnią
właściwości zawartych składników;
2.
Własności materiałów kompozytowych
Kompozyty charakteryzuje zwiększone:
* wytrzymałość,
* moduł Younga (sprężystość danego materiału)
* charakterystyki zmęczeniowe,
* odporność na zużycie,
* charakterystyki ślizgowe,
* wysoka odporność na korozję, zarówno w temperaturze
pokojowej jak i podwyższonej.
Są nieosiągalne dla konwencjonalnych monolitycznych
materiałów
Możemy je kształtować i projektować w zależności od potrzeb
Rys. Zestawienie modułu Younga E i gęstości w różnych
materiałach
konstrukcyjnych
2.
Własności materiałów kompozytowych
Kompozyty na bazie niklu i kobaltu charakteryzują się wysokimi
wskaźnikami żarowytrzymałościowymi i żaroodpornymi.
*Są stosowane jako elementy maszyn, które są silnie obciążone w
wysokich temperaturach (np. łopatki turbin gazowych).
żarowytrzymałość- odporność stopu na odkształcenia; zdolność
materiału do przenoszenia krótko- lub długotrwałych obciążeń w
wysokiej temperaturze.
żaroodporność- zdolność materiału do przeciwstawienia się korozji
gazowej
w
podwyższonych
temperaturach.
Aby
zwiększyć
żaroodporność stali stosuje się dodatki stopowe (chrom, krzem,
aluminium)
Rys. Wirnik turbiny parowej
2.
Własności materiałów kompozytowych
Kompozyty o osnowie stopów aluminium posiadają
właściwości ślizgowe, odporne na ścieranie, o
podwyższonej wytrzymałości.
Tak dobre własności można otrzymać poprzez dodanie do
stopów aluminium cząsteczek ceramicznych typu tlenków
(Al2O3, ZrO2, TiO2) , węglików (SiC, TiC) czy grafitu.
2.
Własności materiałów kompozytowych
• Kompozyty Al/grafit charakteryzują się obniżonym
współczynnikiem tarcia (do zawartości
3% grafitu). Podobnie, jak dla kompozytów zbrojonych cząsteczkami
SiC, Al2O3, obniża
się również znacznie stopień zużycia ściernego, np. przy zawartości
3% wag. grafitu zużycie
ścierne kompozytu spada do poziomu 20% zużycia osnowy.
Rys. Kompozytowe wielowarstwowe łożysko ślizgowe na bazie
układu stop Al/15 % obj. SiC/5 % obj. grafitu
2.
Własności materiałów kompozytowych
Metalowe kompozyty włókniste mają bardzo wysokie
właściwości wytrzymałościowe. Zbrojenie stopów metali włóknami
ceramicznymi (węglowymi, SiC, włóknami borowymi) zapewnia
wysoki poziom wytrzymałości doraźnej, wysoką wytrzymałość na
pełzanie, jak i wysoką wytrzymałość w podwyższonej
temperaturze. Większość tych materiałów może pracować przez
krótki czas nawet w temperaturze bliskiej temperaturze topnienia
osnowy.
2.
Własności materiałów kompozytowych
Kompozyty o osnowie stopów tytanu zbrojone włóknami
borowymi,
berylowymi
czy
SiC
charakteryzują
się
doskonałymi wskaźnikami właściwymi (wytrzymałością i
sztywnością).
W kompozytach z osnową stopu tytanu VT-6 (TiAl6V4)
wytrzymałość wzdłuż włókien osiąga wartość rzędu 1000-
1400 MPa. Kompozyty o osnowie nadstopów niklu zbrojone
włóknami wolframowymi, korundowymi i grafitowymi mogą
pracować aż do temperatury1650*C.
2.
Własności materiałów kompozytowych
Wśród kompozytów z osnową ceramiczną dobre właściwości
wykazują kompozyty o osnowie Al2O3 zbrojone whiskerami SiC
(25%) których właściwości mechaniczne znacznie wzrastają: E do
400 GPa, a umowna wytrzymałość na zginanie może wzrosnąć do
900 MPa. Wzrasta również odporność na pękanie i działanie
szoków cieplnych. Zbrojenie szkła borowo-krzemianowego
włóknem Al2O3 (40% obj.) zwiększa wytrzymałość i odporność na
pękanie 4-5 krotnie.
* Kompozyty polimerowe mają najlepsze właściwości oraz
najmniejszy ciężar.
* Kompozyty polimerowe z włóknami węglowymi dominują
nad kompozytami z włóknami szklanymi, również przy
obciążeniach cyklicznie zmiennych. Dominują one również
podczas pracy w środowisku wilgotnym i w podwyższonej
temperaturze.
* Kompozyty z włóknami szklanymi podczas rozciągania
wykazują większe wartości wydłużenia oraz większą zdolność do
pochłaniania energii przy działaniu sił statycznych i
dynamicznych.
Włókna węglowe
Włókna szklane
3.
Bibliografia:
Politechnika Lubelska, Katedra Inżynierii Materiałowej :
„Struktura i właściwości materiałów kompozytowych”,
Jarosław Bieniaś
http://www.immt.pwr.wroc.pl/~maciek/bk/MiBM/7-
KOMPOZYTY.pdf
http://pl.wikipedia.org/ (definicje żarowytrzymałości i
żaroodporności)